Si对低合金高强度钢和超高强度钢抗延迟断裂性能的影响.pdf

第22卷第期
国外金属热处理
Vol. 22, NO. 1
200年2月
GUOWAI INSHU RECH
Feb,2001
组织与性能
Si对低合金高强度钢和超高强度钢抗延迟断裂性能的影响
清华大学材料科学与工程系
教育部先进材料实验室(北京10004)刘东雨白秉哲方鸿生
摘要综述了合全元素i对低合金高强度钢和超高度钢抗延迟断裂性能的影响,结合延迟断裂的氢脆机制今
析了政善钢的抗延迟断裂性能的原因,指出开发无碳化物贝氏体钢是提高钢的抗延迟断裂性能的途径
关键词延迟斷裂低合金高强度钢低合金超高强度钢駐氢脆
0前言
方法,最常用的评定钢的抗延迟断裂性能的方法是
延迟断裂是材料在静载荷作用下,经过一段时间应力腐蚀开裂实验法和P法,此外还有氢致开裂
后发生突然脆性破坏的现象。这种现象是由于材料实验法。
一环境-应力的相互作用而产生的一种环境脆化。1.1应力腐蚀开裂实验法
众所周知,对于高强度钢,强度越高,钢的延迟断裂敏
Ritchie等!采用4340钢和300M钢对比研究了
感性也越高。当钢的抗拉强度超过1225MPa时,即Si对钢的应力腐蚀开裂(SCC)的影响。实验用钢的
使在自然环境下,高强度螺栓也可能发生延迟岓化学成分见表1,热处理工艺参数及残余奥氏体量
裂?。因此,在新的低合金高强度钢和超高强度钢的见表2,实验结果见表3。实验结果表明在回火马氏
研制过程中必须注重改善钢的抗延迟断裂性能。本体状态下i是通过显著降低SCC第二阶段的裂纹
文着重论述了i对低合金高强度钢和超高强度钢抗扩展速率,而非提高钢的Ksec值来改善钢的抗延迟
延迟断裂性能的影响,以期对低合金高强度钢和超高断裂性能的。这与 Carter的实验结果相类似。
强度钢的令金设计有所借鉴。
Ritchie等的实验还表明不论是在蒸馏水中还是在
3.5%Na水渀液中进行SC实验,其SCC第阶
回火马氏体状态下i对钢的抗延迟断裂性能的段裂纹扩展速率相同(见图1)。这表明无论是在蒸
影响
馏水中还是在3.5%NaCI水溶液中,实验用超高强
目前还没有统一的评定钢的抗延迟断裂性能的度钢的应力腐蚀机理是相同的。
表1实验用钢的化学成分(质量分数a/%)2
钢号
Si
1.75
0.006
0.06
ON
0.76
1.76
0.41
0.0020.007
表2实验用钢的热处理工艺参数及残余奥氏体量(2
表34340钢和300M钢的力学性能
钢号材料
热处理工艺参数
SCC第二阶段
钢号
00.2Ob
的裂纹扩展速K
4340-1200434(
870℃:奥氏体化,油淬
200℃回火1h
Mpa /Mpa /Mpam1 2 a/mms"Mpam/
4340-1T3004340
870℃奥氏体化,油淬
回火
4340-12001612208765.96.0x10-316.6
30M-T0030ow870℃奥氏体化,油溶,
4340-T3001498175562.71.6x10-216.6
OM-13001737200665.11.7
8.6
300M-14030o830℃奥氏体化,油淬,
470℃回火1h
300M-'I470147168368.92.3x10~318,0
300M~IS300M
870℃奥氏体化,250℃等
温1h,油淬,300℃回火1
10~12
3O0M-ISO1497186288.54.0x10-418.5
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《国外金属热处理》
第22卷
K
节世
兴畔卡
0
10
3℃蒸餾水,餖定屈强度=14S7Mh
C3.SwiN溶波
号#动nEd"x:了」
-Y80℃池谇40气68.918.0
470℃68.9
18.0
-V加,太30℃88.518
0-?3℃,X气宇弹火0℃8.5
102030405060708090
102030405060708090
应力强度K/MPa?m'2
应力强度K/MPa?·m'2
图1蒸宿水和3.5%Na水溶液对30M钢的SCC裂纹扩展速率的影响
1.2IP实验法
表5实验钢的热处理温度及抗拉强度
FIP法( Federation Intemational de a Precontrainte)钢种溶火温度/℃回火温虔/℃
IRPA
为国际预应力混凝土联盟制定的评定预应力混凝土
890
1392
钢筋抗延迟断裂性能的实验方法。即将光滑拉伸试
B
样置于一定温度的20% NHASCN(硫代氰酸氨)水溶
液中并施以恒定拉仲载荷,测定试样断裂时所用的
360
时间。时间越长,表明钢的抗延迟断裂性能越好。
高井健一等叫采用该方法测定了Si含量对钢的抗
380
延迟断裂性能的影响。实验钢的化学成分见表4,
其热处理温度及抗拉强度见表5。在硫代氰酸氨水
溶液中,对试样施加0.6倍和0.7倍抗拉强度的恒
100
0.6m
定应力测得的i含量对延迟断裂时间的影啊见图
实验表明随i含量的増加,延迟断裂的时间延
长。断口分析表明随钢中i含量的增加,由全部沿
晶断口向准解理断∏转变,因此断门裂纹的形态从
只两长
0.7n
沿晶裂纹还渐变为准解理饗纹。
10
表4实验钢的化学成分(质量分数a/%)4
钢种
Si
P
A0.300.030.770.0110.0040.0036
00.51,01,52.0
B0.310.480.790.0110.0040.0018
i含量质量分数/%
E0.3」0.9%0.770.010.CO20,0014
图2S含量质量分数对FP实验延迟断裂时间的影响4
0.321,480.810.000.0030.0008
2贝氏体状态下对钢的延迟断裂性能的影响
10.311.940.810.0090.0030.0016
Ie等S通过S合金化开发了无碳化物贝氏体
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