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两种结构钢的环境促进裂纹扩展行为与裂纹监测技术

许君  
【摘要】: 结构钢制造的各种构件在服役条件下,有时会在环境和应力的综合作用下发生裂纹的萌生和扩展,即环境促进破裂而导致失效。研究结构钢环境促进裂纹扩展行为,同时探索相应的监控技术具有重要的学术意义和工程意义。本工作采用断裂力学预裂纹试样、光学显微镜和扫描电子显微镜等材料分析测试方法,研究了管线结构钢X60和高强度结构钢35CrMo在多种环境中的裂纹扩展行为,并探索建立直流电位降(DCPD)方法来监测裂纹的扩展。 研究了X60管线钢在上海某典型土壤环境和动态充氢溶液中的裂纹扩展行为。结果表明,该钢在静态高载荷下,在-1000到-2000mV (SCE)外加电位范围的土壤环境中都没有发生裂纹扩展,预示着动态载荷是促使X60在土壤溶液中发生应力腐蚀破裂的重要因素。该钢仅仅在较为苛刻的动态充氢条件下,发生裂纹扩展,扩展方向倾向于与钢板轧制方向平行,微观断裂方式为穿晶准解理以及少量沿晶的混合型断裂。 研究了低温回火态和高温回火态的35CrMo高强度钢在3.5%NaCl溶液、土壤溶液环境和静态充氢三种环境中的裂纹扩展行为。结果表明,该钢在这三种环境中都有很高的破裂敏感性,主要是沿晶断裂,回火温度提高导致破裂敏感性下降,主要表现为裂纹扩展的应力强度门槛值上升和裂纹扩展速率下降。在3.5%NaCl溶液中,环境温度从室温升高到50℃以后,破裂敏感性下降。在室温相近的加载条件下,该钢在土壤溶液环境中的其低温回火态的破裂敏感明显低于3.5%NaCl溶液中的。 试验表明DCPD法监测裂纹扩展是可行的,可以得到电位降变化与裂纹扩展一致的趋势,但在试验过程中由于有各种干扰,造成电位降的测量波动较大,因此经Johnson公式计算得出的裂纹长度与光学显微镜测量结果存在较大的误差。所以该方法仍需进一步改进。


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