3.5%Ni低温钢裂纹止裂性能

本文参照ASTM际准止裂韧性测试方法(E1221—38)测试了3.5％Ni钢低温止裂韧性,分析了快速裂纹扩展微观断裂机理,并详细讨论了止裂韧性在实际工程结构上的应用。结果表明:在-196～-40℃试验温度范围,正火回火3.5％Ni钢止裂值随温度变化呈现明显转变特征:快速裂纹扩展和止裂是以解理加韧带破坏的联合断裂方式进行。由于本实验3.5％Ni钢中含有较多夹杂物,大大降低了钢的止裂性能,致使本实验钢在其最低使用温度(-105℃)时不具备高的止裂能力。     

回火对低碳贝氏体钢组织和性能的影响

研究了(250~500)℃×30 min回火热处理对低碳贝氏体钢组织和性能的影响。结果表明,TMCP状态试验钢的组织为粒状贝氏体、板条贝氏体和针状铁素体。回火温度升高,粒状贝氏体增加,板条贝氏体和针状铁素体减少,组织逐渐粗化。350℃回火时,试验钢的屈服强度(Rt0.5)为735~765 MPa,抗拉强度(Rm)为845~865 MPa,屈强比为0.87~0.88,-20℃冲击功为218~257 J,强韧性匹配最佳。300~400℃回火时,裂纹形成能(E1)、韧性裂纹扩展能(E2)及脆性裂纹扩展能(E3)+脆性裂纹扩展止裂能(E4)最大,止裂性能最佳。     

回火对低碳贝氏体钢显微组织和性能的影响

研究了回火对低碳贝氏体钢的显微组织和性能的影响。结果表明,TMCP实验钢的组织为粒状贝氏体(GB)、板条贝氏体(LB)和针状铁素体(AF),经250~500℃回火30 min后,随着温度升高,GB体积分数增加,LB和AF减少,碳化物增加,组织逐渐粗化。350℃回火时,实验钢的强度、韧性及塑性匹配最佳,屈服强度(Rt0.5)为735~765 MPa,抗拉强度(Rm)为845~865 MPa,屈强比为0.87~0.88,-20℃冲击功为218~257 J。冲击断裂韧性测试结果表明,裂纹形成能(E1)在300~400℃回火时最佳,超过400℃后,E1开始降低。250~400℃回火时,最大冲击载荷(Pm)随着回火温度升高逐渐降低,韧性裂纹扩展能(E2)、脆性裂纹扩展能(E3)+脆性裂纹扩展止裂能(E4)逐渐增加,止裂性能得到提高。回火温度升高至500℃,Pm增加,E2和E3+E4降低,止裂性能变差。     

热处理工艺对3.5Ni钢组织和性能的影响

通过拉伸和冲击试验以及OM和SEM的组织观察,研究了不同热处理工艺对3.5Ni低温钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:3.5Ni钢正火(Normalizing)态及正火+回火(Normalizing+tempering)态的组织均为铁素体基体加珠光体。冲击韧性随正火温度的升高先增加后降低,正火温度为860℃时,低温韧性最佳;回火后3.5Ni钢塑性和低温韧性明显提高。随着回火温度的升高,带状组织减弱,冲击功增加,当回火温度达到两相区的650℃时,冲击功降低,最佳的回火温度为590~630℃。     

高钢级低温管线钢的韧化机制及控制技术

针对高钢级管线钢在低温服役环境条件下韧性断裂止裂控制难题,分析了高钢级管线钢的低温断裂机理,明确了影响DWTT性能的两个重要因素。通过热模拟实验,讨论了提高DWTT性能的控制技术。采用粗轧再结晶区低温段大变形,增加粗轧阶段总累积变形量,及将精轧温度降低到临近Ar3的温度范围内,并施加足够的累积变形量,可获得一定数量的超细晶多边形铁素体,将板材心部的平均有效晶粒尺寸细化到2.5μm,使-60℃下DWTT断口剪切面积达到100%,为大口径高钢级管线钢的研发生产提供理论依据和技术参考。     

15Cr14Co12Mo5Ni2齿轮钢的扭转疲劳特性及裂纹扩展行为

 通过扭转疲劳试验,研究了15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳断裂的裂纹扩展行为和夹杂物尺寸与扭转疲劳寿命之间的关系。得到了钢的扭转疲劳极限强度和[τ-N]曲线,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳极限强度为350 MPa,扭转疲劳寿命分散度较大。通过断口观察,发现15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳破坏模式以表面破坏和近表面破坏为主,主要由氧化物夹杂引起。通过计算应力强度因子[ΔK]和裂纹扩展门槛值[ΔKth]分析15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳裂纹扩展的断裂力学条件,试验钢在断裂过程中受载荷情况为,II型载荷—I型载荷—II型载荷—I＋II型载荷,分别对应起裂源区、纤维区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区;当有大裂纹产生时,则不会产生纤维区,受载荷情况则为：II型载荷—I＋II型载荷。通过公式推导和数据拟合得到夹杂物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2钢扭转疲劳寿命的关系,发现随着夹杂物尺寸减小,钢的[τ-N]曲线向高寿命区移动。当引起裂纹萌生的夹杂物尺寸小于5 μm时,在350 MPa应力下,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳寿命超过107循环周次。     

硅锰含量对10CrSiNiCu钢低温韧性的影响

硅锰含量对１０ＣｒＳｉＮｉＣｕ钢低温韧性的影响的研究结果表明，通过降硅增锰，钢的强度略有增加，低温韧性大幅度提高，韧脆转折温度降低约５０℃裂纹扩展为显著提高，晶粒细化和硅的有害作用减弱是韧性提高的主要原因。     

回火处理对一种低碳贝氏体钢组织及低温韧性的影响

对一种含硼的低碳贝氏体钢进行了不同工艺的回火处理,并通过室温拉伸、摆锤冲击实验和扫描电镜研究了回火处理对实验钢的晶粒尺寸、晶界比例、贝氏体板条块的演变及强韧性的影响。结果表明,回火处理可使实验钢屈服强度升高,低温韧性显著改善,高温回火后塑性提高。300T实验钢-20℃下断口为韧窝断裂和准解理组成的混合型断裂,而500T和650T实验钢断口为韧窝断裂,600℃出现回火脆性区间,韧性恶化,属混合型断裂。650T钢的低温韧性最优,较高的回火温度促进了小角度晶界的迁移、亚晶合并过程,亚板条块数量减少,大角度晶界的比例、数量提高,晶粒尺寸有效细化,同时单位面积内板条块数目显著增加,有效地钝化了裂纹,提高了低温韧性。     

回火处理对一种低碳贝氏体钢组织及低温韧性的影响

对一种含硼的低碳贝氏体钢进行了不同工艺的回火处理,并通过室温拉伸、摆锤冲击实验和扫描电镜研究了回火处理对实验钢的晶粒尺寸、晶界比例、贝氏体板条块的演变及强韧性的影响。结果表明,回火处理可使实验钢屈服强度升高,低温韧性显著改善,高温回火后塑性提高。300T实验钢-20℃下断口为韧窝断裂和准解理组成的混合型断裂,而500T和650T实验钢断口为韧窝断裂,600℃出现回火脆性区间,韧性恶化,属混合型断裂。650T钢的低温韧性最优,较高的回火温度促进了小角度晶界的迁移、亚晶合并过程,亚板条块数量减少,大角度晶界的比例、数量提高,晶粒尺寸有效细化,同时单位面积内板条块数目显著增加,有效地钝化了裂纹,提高了低温韧性。     

我国21-4N气阀钢的研究现状和发展趋势

21-4N(5Cr21Mn9Ni4N)钢为汽车发动机排气阀用奥氏体耐热钢，该钢主要通过碳、氮化物沉淀硬化，在700℃使用温度下具有高的强韧性和耐磨性，并具有冷热交变的组织稳定性和抗氧化性，广泛用于制造排气阀。由于21-4N钢的热变形温度范围窄，该钢最佳锻轧温度为1100～980℃，冷加工硬化效应强，变形抗力较1Cr18Ni9Ti钢高30％，在锻造、热轧、冷拔时易产生裂纹。冷拔时两道次变形量≤1．10，钢中冷轧代替冷拔，加入提高钢的热塑性的稀土等微量元素和控制工艺参数是降低钢材表面裂纹、提高成品率的主要措施。     

冰海区域用YP420MPa级的高韧性海洋结构厚板的研究

1　序言近年来 ,由于石油能源和资源的开发活跃化 ,海洋采输油设置正在向冰海区域以及深海区域扩展。使用的钢板本身也高强化、厚型化。在冰海区域 ,对于其破坏韧性的要求已从原来的 - 1 0℃下的 CTOD值变为 - 4 0℃低温下的 CTOD值。另外为确保脆性裂纹扩展阻止性能 ,还要求 NRL落锤试验 TNDT≤ - 85℃这一非常严格的值。此次开发了比过去更为严格要求的低温韧性优异的75mm厚、YP4 2 0 MPa级海洋结构物用钢 ,而且还评价了该母材和焊接接头的性能。2　开发的目标性能表 1列出本文的开发目标性能。其基本性能是以 API标准的 2 WGr6…     

三种不同含Ni量的35SiMnCrNiMoV钢的力学性能研究

加入1、3、5％Ni对35SiMnCrNiMoV钢的强度和塑性无影响。300℃回火的等强度情况下,梅氏冲击值随Ni含量的增加而提高,K_(IC)和夏比V型缺口冲击韧性基本不受Ni含量(1、3、5％)的影响,这种韧性行为的差异是与试样缺口根部半径效应及内部组织结构有关。回火曲线表明400～500℃为回火脆性区。5％Ni钢的低温韧性优于1～3％Ni钢。并且可获得较高的K_(ISCC),可能与其残余奥氏体量多有关。     

低碳锰铌钢控制轧制及轧后快冷复相组织的强度及断裂行为

本文研究了06MnNb钢中Mn、Nb含量,加热温度、轧制制度,轧后冷却等工艺因素与轧后组织性能的关系。采用低的加热温度、适合的轧制制度、轧后在780～600℃之间以每秒17℃冷速间断快冷,在06MnNb钢13mm厚的板带上既提高钢的屈服强度,又降低钢的脆性转化温度,并得到细小的针状铁素体(d<4μm),细小的M/A岛及少量粒状贝氏体的复合组织。研究了各类组织在断裂中对裂纹形成及裂纹扩展的作用;分析了各类组织对强度和低温韧性的作用。     

20CrMnTi钢连铸坯的高温热塑性

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了20CrMnTi钢连铸坯的高温热塑性，结合扫描电子显微镜和金相显微镜观察了拉伸断口形貌及其附近金相组织，分析了试验钢断裂机理。结果表明：在600～1 300℃温度区间内，试验钢抗拉强度逐渐下降，断面收缩率先下降后升高再降低；在900℃时断面收缩率达到最小值48%,断口形貌呈冰糖状，为典型的沿晶脆性断裂，断口附近组织为贝氏体和部分铁素体；断面收缩率在1 150℃时达到最大值82.36%,断口韧窝较为集中，为典型的韧性断裂，断口附近组织为均匀的贝氏体。试验钢在600～1 300℃范围存在1个脆性温度区间，即750～950℃第Ⅲ脆性区间；塑性区间为600～700℃和1 000～1 300℃。第Ⅲ脆性区间形成原因是由于铁素体沿晶界析出，削弱了晶界结合力，为裂纹的产生和扩展提供了条件，导致材料塑性恶化。为减少裂纹的发生率，在连铸生产中应避开第Ⅲ脆性区间，即控制矫直温度高于950℃或者低于750℃。     

温度与应力比对6061铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

为了研究温度与应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响,利用电液伺服疲劳试验机对6061铝合金材料开展了不同温度(室温、-70、150 ℃)、应力比(0.1、0.5)条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同条件下的疲劳裂纹扩展速率曲线,揭示温度与应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。结果表明,在相同应力比下,室温与高温150 ℃下的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-ΔK)基本一致,低温-70 ℃下的疲劳门槛值与疲劳裂纹扩展速率明显提高,这表明低温环境下6061铝合金材料具有较高的抗疲劳裂纹扩展性能;在相同温度下,随着应力比的增大,疲劳门槛值降低,疲劳裂纹扩展速率升高。讨论了温度与应力比对疲劳裂纹扩展行为影响的可能原因。     

X80级管线钢热影响区的局部脆化

研究了国产X80级管线钢热影响区的冲击韧性和组织的局部脆化.结果表明,该钢的焊接热影响区的冲击韧性较母材降低50%以上;在所研究的20～-40 ℃温度区间内,其断口的宏观形貌特征从部分脆性特征转变为完全的脆性断口;20 ℃放射区断口呈现韧性断裂和解理断裂共存的混合型断口,并且试验温度为20 ℃和0 ℃时,分别在放射区和纤维区可观察到微观裂纹;热影响区断口表层剖面组织为粒状贝氏体,显示出粗晶区的特征.裂纹扩展方向为沿晶界扩展,粒状贝氏体中M/A岛尺寸增大,并存在裂纹穿过岛状物的现象,这是晶界严重脆化的结果.     

渗碳淬火钢的冲击断裂行为

我们研究了超真空渗碳和感应淬火热处理后的渗碳淬火钢的夏比冲击值。本研究的目的在于探讨含有不同数量的残余奥氏体和渗碳体的钢的裂纹扩展行为与组织的关系。真空渗碳是在1.3 mass%C的过共析成分进行的。在Acm和A₁之间的奥氏体和渗碳体两相区内选择了三种不同的加热温度进行感应淬火,以获得不同数量的残余奥氏体和渗碳体。当感应加热温度从1143 K降低到1043 K时,无论是淬火态试样,还是淬火+回火态试样,其裂纹扩展抗力都提高约30%。在感应加热温度较低的情况下,未溶解θ的止裂作用使试样具有高的裂纹抗力。相比之下,在经过低温处理的试样中,无论感应加热温度高低,裂纹扩展抗力几乎为恒定值,这种恒定的裂纹扩展抗力归因于裂纹扩展过程中发生的反复弯曲和分支。     

新型奥氏体耐热钢C-HRA-5原位拉伸断裂机理

 断裂机理是材料力学性能研究的主要方向之一。为了阐明C-HRA-5钢单轴拉伸断裂机理,通过原位SEM观察拉伸全过程,对该耐热钢内部微裂纹萌生—扩展—断裂进行了深入分析。结果表明,C-HRA-5钢在室温和700 ℃下都表现出典型的韧性断裂特征。材料断裂主要受到M₂₃C₆相和MX相的影响,微裂纹由M₂₃C₆相聚集的三叉晶界处萌生。室温时,微裂纹与晶内MX相处裂纹相连,形成穿晶裂纹;高温时,微裂纹在剪应力的作用下形成局部穿晶裂纹,导致材料最终失效。     

硼和硫含量与低合金钢韧性值的关系

用铝-钛-锆-硼复合剂脱氧,钢中增加了5～30ppm硼。生产中发现含硼钢低温韧性不稳定。为此,收集了生产厂的200张板材的化学成分和-20℃V型冲击值数据。并进行二次回归分析,确定-20℃冲击值与硼含最的回归方程。分析表明硼在0.0005～0.0030％范围内的影响是一个复杂过程,B>0.002％时,低温韧性下降;B<0.0013％时,低温韧性略有增加。同时还对硫含最与-20℃夏比冲击值的影响进行了分析,说明硫的作用是单调降低韧性值。含硼量控制在0.0005～0.0015％、硫含量在0.015％以下,-20℃夏比冲击功平均在6.5kgf·m以上是有依据的。     

低碳贝氏体钢低温CTOD试验断口分离分析

通过对低碳贝氏体钢在-20℃CTOD试验中出现的分离断口进行微观分析,研究了断口分离和失稳断裂的原因.结果表明,断口分离面均为脆性断裂,至主断面为韧性扩展,分离裂纹产生的主要因素不是夹杂物,而是材料内部的带状组织和成带状的硬相组织受三维应力作用的结果.拉伸材料的分离裂纹是在达到一定抗拉强度之后开始萌生和扩展,不影响材料的使用性能.在断裂韧度试验中,一方面分离裂纹能降低材料裂纹尖端的三维应力约束,提高材料的韧性;另一方面较大程度的分离裂纹,减小了裂纹形核功和扩展功,诱发主裂纹的失稳扩展.