自動球壓痕試驗測定結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)變時效后力學(xué)性能的研究.pdf

1、鋼材冶煉和鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)已經(jīng)得到了很大提升，同時材料力學(xué)性能的測試技術(shù)也有了較大進(jìn)步。當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備服役的安全已經(jīng)被提到了一個前所未有的高度，而事實上，影響工業(yè)設(shè)備安全評估的材料性能的獲得卻一直是瓶頸，也是專家學(xué)者的研究重點(diǎn)。但近年來安全生產(chǎn)事故頻發(fā)，其中包括多起由于材料應(yīng)變時效脆化引起或加劇的低碳鋼高壓管道事故。通常，結(jié)構(gòu)鋼加工制造成設(shè)備并服役后，一般只能定期對其進(jìn)行缺陷檢測和日常維護(hù)，而由于常規(guī)力學(xué)性能測試大都需要破壞性取樣試

2、驗，難以在線對在役設(shè)備的力學(xué)性能進(jìn)行試驗進(jìn)而作出準(zhǔn)確評價。金屬材料應(yīng)變時效脆化將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，對工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備服役存在重大安全隱患。鑒于此，結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)變時效后力學(xué)性能的測試研究具有非常重大的意義。
　　 對自動球壓痕試驗原理進(jìn)行了系統(tǒng)分析和研究。自動球壓痕試驗法是簡單快速、無需取樣、近乎無損、滿足現(xiàn)場在線的新型測試方法，通過加載卸載循環(huán)周期實現(xiàn)連續(xù)壓痕，同步記錄測試過程中的載荷和深度對應(yīng)數(shù)據(jù)，形成壓痕曲線（載荷-位移曲線

3、）。通過對準(zhǔn)硬度/準(zhǔn)顯微硬度試驗衍生導(dǎo)出的σt-εp關(guān)系與常規(guī)拉伸試驗測定的材料真應(yīng)力應(yīng)變曲線具有對應(yīng)性關(guān)聯(lián)的分析研究，從而實現(xiàn)自動球壓痕試驗對材料真應(yīng)力-真塑性應(yīng)變曲線的測定。詳細(xì)分析研究了自動球壓痕試驗測定材料屈服強(qiáng)度、工程極限拉伸強(qiáng)度、壓痕變形能量等相關(guān)性能的原理，并對相關(guān)經(jīng)驗公式進(jìn)行了分析。
　　 自動球壓痕試驗測定結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)變時效后力學(xué)性能的研究，以常規(guī)力學(xué)試驗獲得性能參數(shù)與自動球壓痕試驗測定的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析為

4、主要技術(shù)手段，完成對整體試驗方案的綜合設(shè)計。選定工程中常見的國產(chǎn)低碳鋼、低合金鋼為試驗研究對象，包括15CrMoR鋼板（含3個狀態(tài)）、Q235B鋼板、Q245R鋼板、Q345R鋼板、20鋼新管（含3批次4種狀態(tài)）、20鋼失效管等6種8批次共計7大類狀態(tài)的材料。對應(yīng)變時效及其比對狀態(tài)試件的取樣與制備進(jìn)行了具體研究確定，并對試驗的應(yīng)變量、熱處理工藝等參數(shù)進(jìn)行分析確定。
　　 通過對選定鋼板和鋼管材料分別開展常規(guī)力學(xué)性能試驗和自動球壓

5、痕試驗，并將兩類試驗測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)比對分析，開展對相關(guān)參數(shù)的取值修正分析，最終完成了用自動球壓痕試驗測定結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)變時效后力學(xué)性能的研究。試驗比對分析研究表明，自動球壓痕試驗與常規(guī)力學(xué)性能試驗測定的數(shù)據(jù)具有較好的吻合匹配性，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均能得到很好的關(guān)聯(lián)。文中首次提出采用自動球壓痕試驗檢測材料是否發(fā)生應(yīng)變時效，且試驗證明對應(yīng)變時效材料進(jìn)行去應(yīng)力退火后性能得到改善，但無法完全回復(fù)以消除應(yīng)變時效的影響，且其性能回復(fù)的百分比隨著氮

6、含量的升高而降低，在一定程度上表明了含氮量高的材料發(fā)生應(yīng)變時效程度更深或者其要想得到同等程度的性能回復(fù)將更加困難，充分體現(xiàn)了氮元素對材料性能和應(yīng)變時效的影響。此外，針對國產(chǎn)試驗鋼材，通過對自動球壓痕試驗相關(guān)關(guān)聯(lián)參數(shù)的取值修正分析，提高了自動球壓痕試驗測試國產(chǎn)鋼材性能的精確度。
　　 因此，綜合研究分析認(rèn)為自動球壓痕試驗在一定程度上可代替常規(guī)試驗方法開展結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)變時效后力學(xué)性能的測試，并利用便攜式球壓痕試驗機(jī)實施對在役設(shè)備或結(jié)