钢轨钢断裂韧性值的统计分析

根据几年来对PD_1钢轨钢在各种工艺条件下的断裂韧性值的测试,发现由于出现早期“PoP—in”现象而引起K_(IC)值的严重分散性,其实测K_(IC)值偏差达10MN/m~(3/2)左右。因此给对PD_1钢轨钢的断裂韧性值的评价带来一定困难。基于K_(IC)值的统计分布曲线的测定和分析及较多的实测数据验证,认为用同种工艺条件下同一取样方法的同一尺寸试样在相同的测试条件测得的K_(IC)值遵循正态分布。因此提出可采取不考虑“PoP—in”出现与否的差别,对有效的K_(IC)值取其平均值为材料的K_(IC)值,取其标准误差来表示K_(IC)值的波动范围的方法来处理这类材料的断裂韧性值的评价。     

高速工具钢、滚珠钢等脆性材料K_IC测试新方法的研究

在Barker等山型缺口试样研究的基础上,提出B=10,W=20的山型缺口试样,推导出采用这种试样测定K_(IC)的计算公式,获得一种适用于脆性材料K_(IC)测试的新方法。试验证明,对研究的6种材料,K_(IC)与按E_(399)测出的K_(IC)相差不超过5％。新方法不需预制裂纹、不需描绘P-V曲线,检验成本可节约90％,工效可提高10倍。     

J积分转换成K_(IC)误差分析

韧性材料的K_(IC)测试需要很大的试样和大吨位设备,这对于试验来说是巨大挑战,ASTM E1820提出用小试样J积分转换成K_(IC)。从二者关系入手,并结合试样断裂特征,阐述了二者转化的条件,研究表明,小试样J积分转换成大试样K_(IC)在试样缓慢加载,满足平面应变条件,裂纹开始扩展、线弹性为主时是可以进行的。     

利用P-V曲线测定J_(IC)的一种方法

应用解析法,在P-V曲线上确定出开裂点,进而可使用单试样测定J_(IC)。所得结果与利用标准方法所得结果符合较好。从而可达利用一条P-V曲线测定K_(IC),δcJ_(IC)的目的。     

轨钢K_(IC)测试中早期pop-in出现原因的探讨

一、前言在PD_1钢轨断裂韧性测试中,发现约50％试样出现pop-in现象,同时在所试验过的几种试样尺寸(29×58×250、26×36×180、25×30×150、20×24×110、14×28×125mm)出现几率几乎相同,出现pop-in的试样的K_(IC)值(对应P_(pop-1a))比正常K_(IC)值约低10MN/m~(2~3)。为了评价轨钢的断裂韧性,对出现pop-in现象的原因进行了初步探讨。二、试验概况试验用钢均取自于正常生产工艺条件下,即轧后缓冷十一次矫直的成品轨轨头     

晶粒尺寸对纳晶双峰材料断裂韧性的影响

为了描述由纳晶基体和粗晶颗粒组成的纳晶双峰材料的断裂韧性,通过建立一个粘聚力模型来研究纳晶双峰材料的临界应力强度因子K_(IC)(表征材料断裂韧性)。考虑到纳晶双峰材料的一个典型情况:裂纹位于2个纳晶颗粒的交界面处,裂纹尖端与粗晶粒的晶界相交,假设粘聚区的尺寸等于纳晶颗粒的尺寸d。裂纹的钝化和扩展过程受位错和粘聚力的共同影响,刃型位错是从粘聚力裂纹的尖端发射,该过程对裂纹产生屏蔽效应。模型计算结果显示:当粗晶颗粒尺寸D确定时,K_(IC)随着纳晶材料晶粒尺寸d的增大而增大;当纳晶材料晶粒尺寸d确定时,K_(IC)随着粗晶材料晶粒尺寸D的增大而增大;相对于纳晶颗粒的尺寸,断裂韧性对粗晶晶粒的尺寸更加敏感。     

厚壁焊管强度在壁厚方向分布规律的研究

通过对厚壁焊管内、外表面及中部不同加工位置的圆棒试样进行力学性能试验,分析强度、包辛格效应在壁厚方向上的分布规律。结果表明:对于纵向圆棒试样,加工位置在焊管外表面的试样的屈服强度最高,内表面最低,中部略高于内表面;对于横向圆棒试样,不同试样加工位置的包辛格效应基本相同。为了保证试验数据的一致性和科学性,建议在标准中明确规定厚壁焊管圆棒试样的加工位置为壁厚中部位置。     

平板冷弯法对K_(IC)值的估算和15CrMnMoV钢形变时效工艺参数的筛选

本文通过硬度值测定和平板冷弯P-f曲线估算K_(IC)值,筛选出15CrMnMoV钢板材“预时效+冷轧+终时效”的最佳强韧化工艺参数为940℃×25分+550℃×90分+冷轧(55％～75％)+580℃×90分。板材断裂韧度标准测试方法(表面裂纹法)的实测结果表明,由平板冷弯P-f曲线估算的断裂韧度K_(IC)~b和表面裂纹法实测K_(IC)对冷轧形变率、时效温度和时间的变化规律基本一致。特别在时效温度高于550℃时,K_(IC)~b值与K_(IC)值非常接近;时效温度低于550℃,由于P-f曲线上裂纹失稳扩展的开始点P_1很难准确确定,使K_(IC)~b值的计算偏离K_(IC)值较大。     

用柔度变化率法计算核电站压力容器钢动态断裂韧性

核压力容器是压水堆核电站的关键设备,其所用钢材经受严重的中子辐照作用后会引起脆化,因此核压力容器用钢的韧性和脆性断裂抗力是反应堆安全运行的重要考核依据。因为核压力容器钢的K_(IC)比K_(Id)和K_(Ia)都大,考虑到压力容器受到动载荷和材料性能恶化等因素而萌生裂纹,所以设计上采用K_(IC)、K_(Id)和K_(Ia)中的最低点作为设计韧性指标,即用ASME附录G中的参考断裂韧性K_(IR)与T—RT_(NDT)曲线作为防止脆断依据,此曲线是A533.B1、A508.2和A508.3三种钢的K_(IC)、K_(Id)和K_(Ia)与温度关系的下包络线。由此可知,核压力容器钢的动态断裂韧性是反应堆安全设计和寿命评定、事故分析的关键数据之一。     

取样形式及回火处理对X70管线钢强度的影响

研究了取样方向和取样形状对热轧板材强度的影响，结果表明：横向试样的强度值大于纵向试样，该各向异性特征取决于(112)<110>织构强度，板状试样的强度值、伸长率均高于圆棒试样，另外，随着卷取温度的升高，圆棒试样的屈服强度呈先增后减的趋势，随着回火温度的升高，圆棒试样的屈服强度增量增大，并且纵向增量比横向大。     

MEASUREMENT OF K_(IC)OF MEDIAN OR LOW STRENGTH STEEL USING ROUND BARS WITH CIRCUMFERENCIAL CRACK

The size effect of tension round bars with circumferential crack was described and used tomeasure the plane-strain fracture toughness K_(1c) of median or low strength steel.The size ofcylindrical specimen required for K_(1c) measurement is much smaller than that of standardspecimen.The J-integral values of the cylindrical sqecimens were calculated to characterizethe size effect.The finite element calculution and fracture morphology analysis have beenconducted to eyplain the fact that smaller cylindrical specimen could be used to measureK_(1c) of median or low strength steel.     

高强钢螺桩应力腐蚀断裂研究

对超高强钢螺桩的大批量断裂事故进行了断日分析,确认是水介质或БФ—2~(**)胶中的应力腐蚀断裂。测量了几种高强钢在不同热处理条件下的K_(ISCC)和da/dt(平台值)。应用断裂力学对带裂纹螺桩断裂的可能性进行了定量分析, 测量了缺口形成应力腐蚀裂纹的临界应力场强度因子K_(ISCC)。利用不同曲率的缺口试样详细研究了缺口形成应力腐蚀裂纹的规律。由此也可估算无预裂纹的螺桩产生应力腐蚀断裂的力学条件。     

金属断裂表面的分形(Fractal)与断裂韧性

本文借助于图象分析技术使用Slit island方法研究了两种高强度钢不同热处理制度和不同试验温度条件下平面应变断裂表面的分形维数.结果表明,断裂表面是一种分形结构,断裂韧性K_(IC)值的对数随分形维数D_F增加成单调下降的直线关系.这种关系反映了不同热处理制度所引起的材料微观结构变化和不同试验温度所引起的断裂机制变化,D_F可以做为金属断裂韧性的一种度量。最后,用临界裂纹扩展力与不规则断裂表面真实面积之间的关系对结果进行了理论分析.     

X70管线钢电化学充氢后的力学行为研究

应用拉伸试验和慢拉伸试验，研究X70管线钢电化学充氢后材料拉伸性能的变化．结果表明：电化学充氢对X70管线钢的强度没有显著的影响，主要降低了材料的塑性，从而降低了材料的断裂延性和断裂强度．在静态电化学充氢条件下，材料的塑性随充氢时间的增加，依次降低．在慢拉伸条件下，动态电化学充氢显著降低材料的塑性．断口分析表明：静态电化学充氢后的断口以韧窝为主要特征，但韧窝直径变小；慢拉伸的动态电化学充氢断口出现准解理断裂．     

COMPARISON OF STRESS CORROSION CRACKING BETWEEN CAST AND FORGED STEELS IN WATER

用同一炉钢的铸件和锻件对比研究了在水介质中的应力腐蚀性能。结果表明:铸钢和锻钢应力腐蚀裂纹扩展的激活能相同,均为Q=5540cal/mol,且和氢渗透测出的表观扩散激活能一致。无论是阳极极化还是阴极极化,均使铸钢和锻钢的da/dt升高,但阴极极化较为明显。氢渗透测量表明:不论阳极极化或阴极极化,随着电流增大,饱和氢渗透量明显增加,极化对da/dt和氢渗透通量的影响相似。 试验温度对K_(ISCC)的影响极小,但铸钢的K_(ISCC)明显地比锻钢高。氢渗透测试结果发现锻钢的饱和氢渗透通量约比铸钢大一倍。这与断口观察一致,由此可以解释K_(ISCC)的差异。尽管断口形貌明显依赖开裂时的K_I值,但在K_(ISCC)附近锻钢全是沿品断口,而铸钢则以准解理为主。     

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应用AG-IS 100kN岛津电子万能试验机测试超低碳钢冷轧薄板的拉伸性能,分析了试验温度(-40～200℃)、轧制方向和试样厚度(0.27～0.35mm)对其拉伸性能的影响.研究结果表明:抗拉强度随着温度的升高先降低而又略有增加,在200℃时材料出现屈服平台,其强度为135 MPa.伸长率A值随着温度的升高先增加后降低,而后又有所增加.纵向试样的抗拉强度和伸长率值较横向试样的高5％～15％.0.27 mm厚度试样的抗拉强度最高,伸长率最小,0.3mm厚度试样抗拉强度最小、伸长率最大.     

EFFECT OF CATHODIC PROTECTION ON FRACTURE BEHAVIOUR OF LOWALLOY STEELS IN SEAWATER

Fracture behaviour of low-alloy steels AIST4340,HY100,Welten60,AISIA537 and A131 inartificial seawater under static,cyclic loading and at cathodic protection potential has beeninvestigated by using the techniques of fracture mechanics, electrochemistry andelectronfractography.The results reveal that at hydrogen evolution potentials(cathodic pro-tection potential)the critical yield strength required for the occurrance of SCC decreasesfrom 985 at corrosion potential(E_c)to 872 MPa.The effect of cathodic protection on crackpropagation of corrosion fatigue(CF)is not simple,it is closely related to the yield strengthof steels and their SCC behaviour.For the steels with high yield strength,cathodic protectionpromotes(da/dN)_Ⅱ evidently,and reduces △K_(th) value.The(da/dN)-△K curves dis-play a plateau at the third stage of CF for steels with medium or low yield strength.It is men-tioned that the cathodic protection potential for oceaneering constructures should be control-led at top level of the protective range.It seems reasonable that the strength of steel foroceaneeing use might be increased by 200 or 300 MPa.     

P92钢高温断裂韧性的试验

文中以P92耐热钢为研究对象，研究了不同尺寸的开侧槽和不开侧槽的紧凑拉伸试样在630 °C下的断裂韧性，得到了相应的的阻力曲线及断裂韧度J_Q. P92钢在高温下为典型的韧性断裂机制. 基于三维有限元计算对侧槽的拘束效应进行表征，结果表明，侧槽可明显提高试样的拘束水平，试样尺寸越小，J阻力曲线差异越明显. 随载荷增大，非侧槽试样的拘束变化更明显，开侧槽将导致试样阻力曲线不同. 试样尺寸及结构的改变，对韧性材料的阻力曲线影响较大，而对断裂韧度值影响较小. 试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐，可优化断裂韧性试验过程.     

FATIGUE FRACTURE BEHAVIOR OF LOW CARBON MARTENSITE AND MARTENSITE/BAINITE DUPLEX STRUCTURE IN STEEL 20CrMnMo

Fatigue crack propagation rate,da/dN,and threshold stress intensity range,ΔK_(th),of steel20CrMnMo containing low carbon martensite or low carbon martensite/bainite(LCM/B)duplex structure,obtained by oil quenching and austempered at 360℃,have been measuredusing specimens under four-point bending.Observation was also made of the crack path andfracture morphology with relation to microstructure.The formation of LCM/B duplexstructure,which caused by 20% lower bainite after short-time isothermal treatment,may re-markably increase ΔK_(th)and considerably decrease da/dN.The effect of microstructure onda/dN and ΔK_(th)was discussed with the emphasis on the crack propagation path.     

钢的腐蚀疲劳断裂形态的探讨

本文通过钢在腐蚀疲劳(CF)条件下断裂表面的观察,较系统地探讨了钢的CF断裂形态特征。其结果表明,CF的断裂形态强烈地依赖于载荷、介质及其与钢本身之间的相互作用。按照环境对钢的作用强弱,可以出现疲劳辉纹、因均匀腐蚀变宽了的疲劳条纹、晶间腐蚀型疲劳条纹、应力腐蚀开裂(SCC)形态及氢脆(HE)开裂形态特征等。因此,CF断裂形态不具有独特的共同特征,说明CF断裂的机理是多样的。目前,用一种断裂模型(如叠加模型或竞争模型)去解释所有CF断裂现象无疑是困难的。