鐵素體/貝氏體雙相X80管線鋼疲勞性能研究
發(fā)布時間：2021-07-15 21:35
采用MTS Landmark 370型萬能機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方法對鋼的組織及斷口進行了分析。結果表明,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小的馬氏體/奧氏體（M/A）島構成。疲勞裂紋主要在鋼板表面凹坑處萌生;疲勞強度S與壽命N的關系為S=2 973×N-0.14;在裂紋擴展過程中,鐵素體晶界、貝氏體及貝氏體組織中的M/A島對疲勞裂紋擴展有抑制作用。
【文章來源】：燕山大學學報. 2015,39(06)北大核心
【文章頁數(shù)】：4 頁
【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試驗材料化學成分(質量分數(shù))Tab．1Chemicalcompositionofthetestedsteel%CMnSiPSMoNiCrCuVNbTiAlNCeq0．071．690．210．0110．0020．0030．2550．2230．1290．0050．0820．0150．0350．0050．42本試驗是在MTSLandmark370型液壓伺服動靜疲勞試驗機上完成。其試樣尺寸如圖2所示。為模擬實際管線，試樣的厚度采用全板厚，且不去除鋼板的軋制表面。疲勞試驗采用單側縱向拉拉的正弦曲線方式加載，循環(huán)應力比(最小應力/最大應力)為Ｒ=0．1;試驗加載頻率是5Hz;最大應力范圍為350～620MPa;試驗溫度為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試驗結果與分析圖3給出了疲勞壽命的試驗結果。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。在最大應力(σmax=600MPa)接近屈服強度的條件下，其疲勞壽命N仍能達到大約8．5×104周次。隨最大應力的降低，疲勞循環(huán)周次增加，但增加幅度并不大;最大應力由600MPa降低到400MPa時，疲勞循環(huán)周次由8．5×104周次增加到5．7×105周次;但當最大應力繼續(xù)降低到375MPa時，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設計時，其疲勞強度約370～400MPa之間。根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)，回歸處理確定疲勞壽命S－N曲線為S=2973×N－0．14。計算當循環(huán)次數(shù)為1×106周次的最大應力為402MPa左右，該值大于試驗值。因此應采用分段處理的方式，確定其疲勞強度應為380MPa左右。圖4給出了最大應力為600MPa時的疲勞斷口形貌。疲勞裂紋萌生均出現(xiàn)在鋼板的表面邊角處這是因為鋼板表面沒有加工，表面保
擻Σ捎梅侄未?淼姆絞劍?范ㄆ?疲勞強度應為380MPa左右。圖4給出了最大應力為600MPa時的疲勞斷口形貌。疲勞裂紋萌生均出現(xiàn)在鋼板的表面邊角處這是因為鋼板表面沒有加工，表面保持軋制表面特征，表面粗糙度對疲勞裂紋形成有一定的影響。但從實際疲勞壽命看(圖3)，不同應力條件下，各應力水平試樣的結果分散度并不大，說明軋制表面對疲勞壽命的影響不大。對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)快速擴展，當裂紋深度到達400～600μm時，疲勞裂紋進入穩(wěn)定擴展區(qū)(圖4(a))。圖3X80管線鋼的S-N曲線Fig．3TheS-NcurveoftheX80pipelinesteel在遠離裂紋源的裂紋穩(wěn)定擴展區(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，也還存在一些細小的二次裂紋(圖4(c))。大量二次裂紋分散主裂紋尖端應力集中，降低疲勞裂紋擴散速率，抑制疲勞裂紋擴展。這與鋼的鐵素體/貝氏體雙相組織在疲勞裂紋擴展中對裂紋擴展的抑制作用不同有關。為更清晰分析鐵素體/貝氏體雙相組織對疲勞性能的影響，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成;但在貝氏體內(nèi)也存在更加細小的大角度晶界構成的晶粒，結合組織分析，該細小晶粒主要為M/A島狀組織構成。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大變形管線鋼的研究和開發(fā)[J]. 高惠臨,張驍勇. 焊管. 2014(04)
[2]管線鋼疲勞行為研究進展[J]. 武威,李洋,吉玲康,趙文軫. 焊管. 2009(08)
[3]油氣管道基于應變的設計及抗大變形管線鋼的開發(fā)與應用[J]. 李鶴林,李霄,吉玲康,陳宏達. 焊管. 2007(05)
[4]天然氣輸送鋼管研究與應用中的幾個熱點問題[J]. 李鶴林. 中國機械工程. 2001(03)
本文編號：3286506
【文章來源】：燕山大學學報. 2015,39(06)北大核心
【文章頁數(shù)】：4 頁
【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試驗材料化學成分(質量分數(shù))Tab．1Chemicalcompositionofthetestedsteel%CMnSiPSMoNiCrCuVNbTiAlNCeq0．071．690．210．0110．0020．0030．2550．2230．1290．0050．0820．0150．0350．0050．42本試驗是在MTSLandmark370型液壓伺服動靜疲勞試驗機上完成。其試樣尺寸如圖2所示。為模擬實際管線，試樣的厚度采用全板厚，且不去除鋼板的軋制表面。疲勞試驗采用單側縱向拉拉的正弦曲線方式加載，循環(huán)應力比(最小應力/最大應力)為Ｒ=0．1;試驗加載頻率是5Hz;最大應力范圍為350～620MPa;試驗溫度為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試驗結果與分析圖3給出了疲勞壽命的試驗結果。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。在最大應力(σmax=600MPa)接近屈服強度的條件下，其疲勞壽命N仍能達到大約8．5×104周次。隨最大應力的降低，疲勞循環(huán)周次增加，但增加幅度并不大;最大應力由600MPa降低到400MPa時，疲勞循環(huán)周次由8．5×104周次增加到5．7×105周次;但當最大應力繼續(xù)降低到375MPa時，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設計時，其疲勞強度約370～400MPa之間。根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)，回歸處理確定疲勞壽命S－N曲線為S=2973×N－0．14。計算當循環(huán)次數(shù)為1×106周次的最大應力為402MPa左右，該值大于試驗值。因此應采用分段處理的方式，確定其疲勞強度應為380MPa左右。圖4給出了最大應力為600MPa時的疲勞斷口形貌。疲勞裂紋萌生均出現(xiàn)在鋼板的表面邊角處這是因為鋼板表面沒有加工，表面保
擻Σ捎梅侄未?淼姆絞劍?范ㄆ?疲勞強度應為380MPa左右。圖4給出了最大應力為600MPa時的疲勞斷口形貌。疲勞裂紋萌生均出現(xiàn)在鋼板的表面邊角處這是因為鋼板表面沒有加工，表面保持軋制表面特征，表面粗糙度對疲勞裂紋形成有一定的影響。但從實際疲勞壽命看(圖3)，不同應力條件下，各應力水平試樣的結果分散度并不大，說明軋制表面對疲勞壽命的影響不大。對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)快速擴展，當裂紋深度到達400～600μm時，疲勞裂紋進入穩(wěn)定擴展區(qū)(圖4(a))。圖3X80管線鋼的S-N曲線Fig．3TheS-NcurveoftheX80pipelinesteel在遠離裂紋源的裂紋穩(wěn)定擴展區(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，也還存在一些細小的二次裂紋(圖4(c))。大量二次裂紋分散主裂紋尖端應力集中，降低疲勞裂紋擴散速率，抑制疲勞裂紋擴展。這與鋼的鐵素體/貝氏體雙相組織在疲勞裂紋擴展中對裂紋擴展的抑制作用不同有關。為更清晰分析鐵素體/貝氏體雙相組織對疲勞性能的影響，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成;但在貝氏體內(nèi)也存在更加細小的大角度晶界構成的晶粒，結合組織分析，該細小晶粒主要為M/A島狀組織構成。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大變形管線鋼的研究和開發(fā)[J]. 高惠臨,張驍勇. 焊管. 2014(04)
[2]管線鋼疲勞行為研究進展[J]. 武威,李洋,吉玲康,趙文軫. 焊管. 2009(08)
[3]油氣管道基于應變的設計及抗大變形管線鋼的開發(fā)與應用[J]. 李鶴林,李霄,吉玲康,陳宏達. 焊管. 2007(05)
[4]天然氣輸送鋼管研究與應用中的幾個熱點問題[J]. 李鶴林. 中國機械工程. 2001(03)
本文編號：3286506
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