CN109142081A - 一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，包括步骤：在热模拟试验机上进行各种设定试验温度下的Gleeble试验直至试样断裂，并根据热模拟试验机的记录获取P‑X关系曲线，其中P为试样拉伸载荷且P＝(P₀,P₁,...,P_i,...,P_n)，X为试样拉伸变形量且X＝(X₀,X₁,...,X_i,...,X_n)；根据所述P‑X关系曲线计算试样的塑变功其中S_i＝0.5(P_i+P_i‑1)(X_i‑X_i‑1)；将各种温度下计算获得的塑变功W进行比较，那么塑变功W最小的试样的设定试验温度即为试样的应力松弛裂纹敏感温度。本发明通过塑变功的值从侧面反映试样材料在某温度下抵抗变形的能力，据此定量评价材料抗应力松弛裂纹的能力。本发明方法简单，评价精度高。

Description

一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法

技术领域

本发明涉及一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，用于测量压力容器用钢的应力松弛裂纹敏感温度，为制定钢材的焊后热处理工艺提供依据。

背景技术

应力松弛裂纹是大型压力容器和管道安全使用的最大威胁，为有效防止应力松弛裂纹的产生，已开发出多种应力松弛裂纹敏感性的试验方法，其中Gleeble试验是一种有效评价压力容器和管道用钢应力松弛裂纹敏感性的方法。Gleeble试验是在热模拟试验机上对Gleeble试样进行高温缓慢拉伸，在试样断裂后，测量断口的面积，计算试样的断面收缩率，根据不同温度下高温缓慢拉伸试验所测得的断面收缩率来评价材料的应力松弛裂纹敏感性。但是，由于热模拟试验机是采用对试样施加一定的电流，利用试样本身的电阻热来保证试验温度的，所以在试样临近断裂时，断口位置的电流很大，并在断裂瞬间产生电弧，局部发生熔化，导致断口截面形状不规则，断口截面积测量困难，由于测量误差导致试验数据分散，影响试验的精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，包括以下步骤：

步骤1，在热模拟试验机上进行各种设定试验温度下的Gleeble试验直至试样断裂，并根据热模拟试验机的记录获取P-X关系曲线，其中P为试样拉伸载荷且P＝(P₀,P₁,...,P_i,...,P_n)，X为试样拉伸变形量且X＝(X₀,X₁,...,X_i,...,X_n)；

步骤2，根据所述P-X关系曲线计算试样的塑变功W，即：

其中S_i＝0.5(P_i+P_i-1)(X_i-X_i-1)

步骤3，将各种温度下计算获得的塑变功W进行比较，那么塑变功W最小的试样的设定试验温度即为试样的应力松弛裂纹敏感温度。

进一步方案：试验数据采集时间间隔为0.1s。

进一步方案：所述设定试验温度分别为600、625、650、675、700、725、750℃。

进一步方案：所述Gleeble试验步骤包括：

步骤1-1，在试样中心位置焊接热电偶，将试样安装在热模拟试验机上；

步骤1-2，对试样进行焊接热循环的模拟，先将试样加热到实际产品的预热温度150℃，保温10秒；再按500℃/s的加热速度将试样加热到峰值温度1340℃，保温2秒；

步骤1-3，随后试样进行焊接热循环的冷却过程,冷却过程中控制试样温度T随时间t的变化规律按以下模型进行：

式中：

T：温度，℃；

t：时间，s；

Q：焊接热输入，J/cm；

k：试样材料的热导率，W/(cm·℃)；

Tm：峰值温度，℃；

e：自然对数；

步骤1-4，待试样冷却到100℃以下，按设定热模拟试验机的试验程序，进行应力松弛试验，即先在5分钟内将试样加热到所述设定试验温度，保温30分钟，然后以5×10^-4/s的应变速度对试样进行恒温恒速拉伸直至试样断裂。

本发明的有益效果在于：

本发明利用热模拟试验机记录的P-X关系曲线，计算试验过程中试样拉伸载荷对试样拉伸变形量的积分，从而得到从开始试验到断裂全过程中试样拉伸所消耗的塑变功，塑变功W在反映材料在高温拉伸过程中承受变形的能力，而应力松弛裂纹正是由于材料高温下无法承受变形而产生的开裂，所以该塑变功的值从侧面反映试样材料在某温度下抵抗变形的能力，据此可以定量评价材料抗应力松弛裂纹的能力。本发明方法简单，评价精度高，可以有效避免试样因加热方式导致断裂后产生电弧现象而对试验结果造成的影响。

附图说明

图1为试样的结构示意图。

图2为试样进行应力松弛试验的P-X关系曲线图。

具体实施方式

以S321H不锈钢为例，下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

本发明所述钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，包括以下步骤：

步骤1，在热模拟试验机上进行各种设定试验温度下(600、625、650、675、700、725、750℃)的Gleeble试验直至试样断裂，并根据热模拟试验机的记录获取P-X关系曲线，其中P为试样拉伸载荷且P＝(P₀,P₁,...,P_i,...,P_n)，X为试样拉伸变形量且X＝(X₀,X₁,...,X_i,...,X_n)。试验数据P、X采集时间间隔为0.1s。本发明所述试样由S321H不锈钢加工而成，其结构如图1所示。

所述Gleeble试验步骤包括：

步骤1-1，在试样中心位置焊接热电偶，将试样安装在热模拟试验机上；

步骤1-2，对试样进行焊接热循环的模拟，先将试样加热到实际产品的预热温度150℃，保温10秒；再按500℃/s的加热速度将试样加热到峰值温度1340℃，保温2秒；

步骤1-3，随后试样进行焊接热循环的冷却过程,冷却过程中控制试样温度T随时间t的变化规律按以下模型进行：

式中：

T：温度，℃；

t：时间，s；

Q：焊接热输入，J/cm；

k：试样材料的热导率，W/(cm·℃)；

Tm：峰值温度，℃；

e：自然对数；

步骤1-4，待试样冷却到100℃以下，按设定热模拟试验机的试验程序，进行应力松弛试验，即先在5分钟内将试样加热到所述设定试验温度，保温30分钟，然后以5×10^-4/s的应变速度对试样进行恒温恒速拉伸直至试样断裂。

步骤2，根据所述P-X关系曲线(如图2所示)计算试样的塑变功W，即：

其中S_i＝0.5(P_i+P_i-1)(X_i-X_i-1)

S_i表示在试样变形从X_i-1到X_i期间，试验装置对试样所做的功。当数据采集时间间隔足够短时，上述计算结果将趋于准确。对整个拉伸过程的S_i进行累积，即计算OMN所包围的面积，得到的值即为在整个拉伸过程中试验机对该试样所做的功W，即塑性变形功，在此简称为塑变功。

试样在各种设定试验温度下的塑变功W如下表1所示：

表1各温度下S321H不锈钢的应力松弛裂纹试验结果

试验温度T/℃	600	625	650	675	700	725	750
								塑变功W/N*mm	13450	12081	8944	10241	11227	12026	12128

步骤3，将各种温度下计算获得的塑变功W进行比较，那么塑变功W最小的试样的设定试验温度即为试样的应力松弛裂纹敏感温度。根据表1的试验结果可以看出，650℃下试样的塑变功最低，则650℃即为S321H不锈钢的应力松弛裂纹敏感温度。

Claims (4)

1.一种钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，在热模拟试验机上进行各种设定试验温度下的Gleeble试验直至试样断裂，并根据热模拟试验机的记录获取P-X关系曲线，其中P为试样拉伸载荷且P＝(P₀,P₁,...,P_i,...,P_n)，X为试样拉伸变形量且X＝(X₀,X₁,...,X_i,...,X_n)；

步骤2，根据所述P-X关系曲线计算试样的塑变功W，即：

其中S_i＝0.5(P_i+P_i-1)(X_i-X_i-1)

步骤3，将各种温度下计算获得的塑变功W进行比较，那么塑变功W最小的试样的设定试验温度即为试样的应力松弛裂纹敏感温度。

2.如权利要求1所述的钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，其特征在于：试验数据采集时间间隔为0.1s。

3.如权利要求1所述的钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，其特征在于：所述设定试验温度分别为600、625、650、675、700、725、750℃。

4.如权利要求1所述的钢材应力松弛裂纹敏感性评价方法，其特征在于：所述Gleeble试验步骤包括：

步骤1-1，在试样中心位置焊接热电偶，将试样安装在热模拟试验机上；

步骤1-2，对试样进行焊接热循环的模拟，先将试样加热到实际产品的预热温度150℃，保温10秒；再按500℃/s的加热速度将试样加热到峰值温度1340℃，保温2秒；

步骤1-3，随后试样进行焊接热循环的冷却过程,冷却过程中控制试样温度T随时间t的变化规律按以下模型进行：

式中：

T：温度，℃；

t：时间，s；

Q：焊接热输入，J/cm；

k：试样材料的热导率，W/(cm·℃)；

Tm：峰值温度，℃；

e：自然对数；

步骤1-4，待试样冷却到100℃以下，按设定热模拟试验机的试验程序，进行应力松弛试验，即先在5分钟内将试样加热到所述设定试验温度，保温30分钟，然后以5×10^-4/s的应变速度对试样进行恒温恒速拉伸直至试样断裂。