采用MTS Landmark 370型萬能機(jī)研究了全壁厚鐵素體/貝氏體雙相X80管線鋼的疲勞性能,并通過SEM方法對(duì)鋼的組織及斷口進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,鐵素體/貝氏體雙相鋼中的鐵素體有大角度晶界,而貝氏體由小角度晶界的貝氏體鐵素體及細(xì)小的馬氏體/奧氏體（M/A）島構(gòu)成。疲勞裂紋主要在鋼板表面凹坑處萌生;疲勞強(qiáng)度S與壽命N的關(guān)系為S=2 973×N-0.14;在裂紋擴(kuò)展過程中,鐵素體晶界、貝氏體及貝氏體組織中的M/A島對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展有抑制作用。 

【文章來源】：燕山大學(xué)學(xué)報(bào). 2015,39(06)北大核心

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【部分圖文】：

80鋼的組織形貌

第6期喬桂英等鐵素體/貝氏體雙相X80管線鋼疲勞性能研究503表1試驗(yàn)材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab．1Chemicalcompositionofthetestedsteel%CMnSiPSMoNiCrCuVNbTiAlNCeq0．071．690．210．0110．0020．0030．2550．2230．1290．0050．0820．0150．0350．0050．42本試驗(yàn)是在MTSLandmark370型液壓伺服動(dòng)靜疲勞試驗(yàn)機(jī)上完成。其試樣尺寸如圖2所示。為模擬實(shí)際管線，試樣的厚度采用全板厚，且不去除鋼板的軋制表面。疲勞試驗(yàn)采用單側(cè)縱向拉拉的正弦曲線方式加載，循環(huán)應(yīng)力比(最小應(yīng)力/最大應(yīng)力)為Ｒ=0．1;試驗(yàn)加載頻率是5Hz;最大應(yīng)力范圍為350～620MPa;試驗(yàn)溫度為23～26℃，干燥空氣，無潮濕腐蝕性氣氛。疲勞斷口分析在KYKY-2800掃描電子顯微鏡上完成。圖2疲勞試樣的尺寸Fig．2Thesizeoffatiguespecimen2試驗(yàn)結(jié)果與分析圖3給出了疲勞壽命的試驗(yàn)結(jié)果。由圖3可見，在無缺口試樣條件下，該鋼具有良好的疲勞性能。在最大應(yīng)力(σmax=600MPa)接近屈服強(qiáng)度的條件下，其疲勞壽命N仍能達(dá)到大約8．5×104周次。隨最大應(yīng)力的降低，疲勞循環(huán)周次增加，但增加幅度并不大;最大應(yīng)力由600MPa降低到400MPa時(shí)，疲勞循環(huán)周次由8．5×104周次增加到5．7×105周次;但當(dāng)最大應(yīng)力繼續(xù)降低到375MPa時(shí)，其疲勞循環(huán)周次則顯著增加到2×106周次。疲勞壽命按1×106設(shè)計(jì)時(shí)，其疲勞強(qiáng)度約370～400MPa之間。根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸處理確定疲勞壽命S－N曲線為S=2973×N－0．14。計(jì)算當(dāng)循環(huán)次數(shù)為1×106周次的最大應(yīng)力為402MPa左右，該值大于試驗(yàn)值。因此應(yīng)采用分段處理的方式，確定其疲勞強(qiáng)度應(yīng)為380MPa左右。圖4給出了最大應(yīng)力為600MPa時(shí)的疲勞斷口形貌。疲勞裂紋萌生均出現(xiàn)在鋼板的表面邊角處這是因?yàn)殇摪灞砻鏇]有加工，表面保

擻Σ捎梅侄未?淼姆絞劍?范ㄆ?疲勞強(qiáng)度應(yīng)為380MPa左右。圖4給出了最大應(yīng)力為600MPa時(shí)的疲勞斷口形貌。疲勞裂紋萌生均出現(xiàn)在鋼板的表面邊角處這是因?yàn)殇摪灞砻鏇]有加工，表面保持軋制表面特征，表面粗糙度對(duì)疲勞裂紋形成有一定的影響。但從實(shí)際疲勞壽命看(圖3)，不同應(yīng)力條件下，各應(yīng)力水平試樣的結(jié)果分散度并不大，說明軋制表面對(duì)疲勞壽命的影響不大。對(duì)疲勞裂紋萌生位置觀察發(fā)現(xiàn)，疲勞裂紋在表面的凹坑等粗糙度較大的區(qū)域形成，并向內(nèi)快速擴(kuò)展，當(dāng)裂紋深度到達(dá)400～600μm時(shí)，疲勞裂紋進(jìn)入穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)(圖4(a))。圖3X80管線鋼的S-N曲線Fig．3TheS-NcurveoftheX80pipelinesteel在遠(yuǎn)離裂紋源的裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)，疲勞裂紋呈韌性斷裂特征，在一些小的晶粒上可見有疲勞輝紋存在，但相近區(qū)域，部分晶粒則沒有輝紋;另外在斷口表面存在大量二次裂紋，二次裂紋沿疲勞裂紋擴(kuò)展垂直方向橫向分布(圖4(b))。另外，在較大的二次裂紋之間，也還存在一些細(xì)小的二次裂紋(圖4(c))。大量二次裂紋分散主裂紋尖端應(yīng)力集中，降低疲勞裂紋擴(kuò)散速率，抑制疲勞裂紋擴(kuò)展。這與鋼的鐵素體/貝氏體雙相組織在疲勞裂紋擴(kuò)展中對(duì)裂紋擴(kuò)展的抑制作用不同有關(guān)。為更清晰分析鐵素體/貝氏體雙相組織對(duì)疲勞性能的影響，圖5(a)～(b)分別給出了鋼板組織EBSD分析及斷口截面二次裂紋分析結(jié)果。由圖5(a)可見，由于控制軋制和控制冷卻的作用，鐵素體/貝氏體沿軋制方向呈拉長帶狀分布。鐵素體主要以大角度晶界為主，鐵素體晶粒尺寸4～16μm，平均晶粒尺寸10μm以下。這種細(xì)小的鐵素體組織保證鋼具有良好的韌性。而貝氏體組織則主要由小角度晶界的晶粒構(gòu)成;但在貝氏體內(nèi)也存在更加細(xì)小的大角度晶界構(gòu)成的晶粒，結(jié)合組織分析，該細(xì)小晶粒主要為M/A島狀組織構(gòu)成。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3286506