CN112129794A - 一种双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剩余塑性变形容量率的定量评价方法，属于金属材料分析技术领域。本发明的评价方法，利用EBSD得到试样不同变形量的BS分布图，处理后得到拟合曲线，将未发生塑性变形试样的拟合曲线的积分面积减去与最大晶粒变形量的拟合曲线重叠的部分的积分面积作为最大剩余塑性变形容量，而变形量为x％时的剩余塑性变形容量为最大剩余塑性变形容量减去已发生的塑性变形容量，将剩余塑性变形容量与最大剩余塑性变形容量之比作为变形量为x％的试样剩余塑性变形容量率，由离散化的剩余塑性变形容量率可以拟合得到连续的剩余塑性变形容量率，根据试样的实际变形量，获取对应的剩余塑性变形容量率。

Description

一种双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法

技术领域

本发明属于金属材料分析技术领域，尤其是一种双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法。

背景技术

材料的力学性能与其塑性变形状态紧密相关，当材料受到外加载荷时会发生一定程度的宏观变形，该宏观变形可以直观地反映出材料的弹塑性变形行为。然而，材料的宏观应变只是材料内无数晶粒的塑性变形的综合表现。材料的塑性变形是力学性能的直接体现，尤其是材料的微观晶粒塑性变形，更能准确的获得变形机理和力学现象。

对于铁素体/贝氏体双相钢而言，由于其具有高强度和高韧性，已经被广泛应用于西气东输工程中。目前普遍认为，在双相钢的塑性变形中，以软质的铁素体变形为主，然后硬化的铁素体与硬质的贝氏体协同变形。这些研究主要集中在宏观的塑性变形中，对于微观的铁素体塑性变形量并不了解。而在实际工程应用中，由于地震、滑坡、地面沉降等地质因素，双相钢易发生不同程度的塑性变形，严重影响其运行安全性。而对于双相钢内部晶粒变形程度并没有一个有效的评估方法。

电子背散射衍射技术(EBSD)可以对样品进行逐点扫描，进行结晶学分析，有效获得晶体内部晶格畸变等信息，并通过菊池带斜率图(BS)进行输出。目前，BS值多被用来进行相识别，如铁素体和马氏体相的分离。近年来，管道事故频发，涉及其安全评价的方法众多，但多是以外部模拟或实验评价的方式，并不能有效的还原管道运行的实际工况，尤其涉及到管道剩余塑性变形容量率的评价方法，更是微乎其微。因此研究和实现运行中的管线钢的剩余塑性变形容量率评价，对于管道服役安全性具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服管线钢的剩余塑性变形容量率评价不准确的缺点，提供一种双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，包括以下步骤：

1)获取一系列不同变形量的试样；

一系列不同变形量包括变形量为0，变形量为试样的最大变形量，至少还包括介于0和试样的最大变形量之间的任意一个变形量；

2)将所述试样分别进行EBSD制样，而后进行EBSD测试，测试过程中选择BCC相，得到试样对应的测试数据；

3)对测试数据进行数据分析，获取不同变形量试样的BS分布图；

对BS分布图进行归一化处理，而后进行拟合，得到一系列拟合曲线；

4)计算变形量为x％的试样剩余塑性变形容量率ω(x％)，ω(x％)为：

其中，S_A为未发生塑性变形试样的拟合曲线的积分面积减去与最大晶粒变形量的拟合曲线重叠的部分的积分面积；S_x％为变形量为x％的试样的拟合曲线的积分面积减去与未发生塑性变形试样的重叠部分的积分面积；

建立剩余塑性变形容量率与应变量的数学关系；

根据试样的实际变形量，获取对应的剩余塑性变形容量率。

进一步的，步骤3)中采用高斯拟合。

进一步的，步骤4)中，建立剩余塑性变形容量率与应变量的数学关系的具体步骤为：

以应变量为x轴，剩余塑性变形容量率为y轴建立坐标系；

以试样的系列变形量、对应的剩余塑性变形容量率为目标，做曲线拟合，建立应变量-剩余塑性变形容量率分布曲线。

进一步的，步骤2)的制样过程为：

取5×5×2mm的薄片；

利用金相砂纸进行打磨，利用4000目的金刚石研磨膏机械抛光，最后进行电解抛光，用乙醇溶液冲洗，完成制样。

进一步的，电解抛光的具体条件为：

电压为35V，时间为40s，电解液为4％的高氯酸和乙醇溶液。

进一步的，步骤2)中进行EBSD测试的参数为：

利用电子背散射衍射仪，选定区域进行面扫描，电压为20KV，步距为0.2μm，扫描面积为250×200μm²，选择BCC相，扫描结束后，输出cpr格式数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，利用EBSD测试，得到试样不同变形量的BS分布图，对BS分布图处理后得到拟合曲线，利用拟合曲线的积分面积得到不同变形量的试样相对于未变形试样的偏移，及试样最大变形量时的拟合曲线的积分面积，将未发生塑性变形试样的拟合曲线的积分面积减去与最大晶粒变形量的拟合曲线重叠的部分的积分面积作为最大剩余塑性变形容量，而变形量为x％时的剩余塑性变形容量为最大剩余塑性变形容量减去已发生的塑性变形容量，将剩余塑性变形容量与最大剩余塑性变形容量之比作为变形量为x％的试样剩余塑性变形容量率，以此，根据离散化的剩余塑性变形容量率拟合得到连续的剩余塑性变形容量率，根据试样的实际变形量，获取对应的剩余塑性变形容量率，能够更好的反应双相钢内部塑性损伤程度。目前对于材料因变形产生的内部损伤而引起的性能退化，多是通过宏观试验的方式来表征，因试验方法或外部操作等原因，误差较大，不能很好的反应双相钢塑性损伤程度。本发明利用EBSD测试中BS图对材料晶格畸变较为敏感这一特征(即BS值随铁素体晶格畸变程度增大而减少)，建立了宏观变形量与内部晶粒变形程度之间的关系，这些对于评价双相钢塑性损伤程度更为准确。在实际应用中，可以通过管线钢变形量快速有效的获得剩余塑性变形容量率，或通过EBSD测试并计算管线钢剩余塑性变形容量率获得其变形量，以此做出更好的安全评价。

附图说明

图1为实施例的菊池带斜率图，其中，图1(a)为未发生塑性变形试样的BS图，图1(b)为应变为5％试样的BS图；

图2为实施例的未发生塑性变形试样的BS分布图；

图3为实施例的不同变形量的试样的BS分布的拟合曲线图；

图4为实施例的变形前后试样的BS分布的拟合曲线图，其中，图4(a)为未变形、变形量5％时的BS分布的拟合曲线图，图4(b)为未变形、变形量1％时的BS分布的拟合曲线图，图4(c)为未变形、变形量3％时的BS分布的拟合曲线图；

图5为实施例的应变量-剩余塑性变形容量率分布曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例

1)塑性变形试样

将X80钢加工成圆棒状的拉伸试样，拉伸试样直径为8mm，标距为40mm；将拉伸试样置于拉伸试验机上，通过引伸计控制应变为0、1％、3％、5％的变形量；

2)制备EBSD试样

将经过拉伸变形的试样，在均匀变形区内取出5×5×2mm的薄片，利用400目-1200目的金相砂纸进行打磨，然后用4000目的金刚石研磨膏机械抛光；最后经过电解抛光，电解抛光的电压为35V，时间为40s，电解液为4％的高氯酸和乙醇溶液；之后用乙醇溶液冲洗，即可获得测试样品；

3)EBSD测试

利用装配在扫描电镜上的电子背散射衍射仪，进行试样选定区域的面扫描，电压20KV，步距0.2μm，扫描面积250×200μm²，选择BCC相，扫描结束后，输出cpr格式数据；

4)变形区BS分布图

利用HKL Channel 5软件进行数据分析，获取不同变形量试样对应的BS图，参见图1，图1(a)为未发生塑性变形试样的BS图，图1(b)为应变为5％试样的BS图，由于BS图对铁素体晶格畸变较为敏感，也就是说晶格畸变程度越大，BS值越低，在本实施例中，随着变形量增加，BS值逐渐减小，说明铁素体晶格畸变程度逐渐增加。

未发生塑性变形试样的BS分布图见图2，未变形试样中大多数晶粒具有较高的BS值，意味着晶粒内部没有发生晶格畸变。并获取1％、3％、5％的变形量的试样的BS分布图；

将试样的BS分布图进行归一化处理，之后进行高斯曲线拟合，得到的一系列拟合曲线，记未变形试样的拟合曲线为f(BS)，记变形率为x％的试样的拟合曲线为x％-g(BS)；参见图3，图3中曲线为未发生塑性变形试样和应变5％试样的BS分布图的高斯拟合曲线图；经过归一化处理的每条曲线与坐标轴所围成的面积为1，包含该区域内的所有晶粒。随着晶粒变形增加，晶格畸变程度增加，曲线峰逐渐向左偏移，即BS值分布向减小的方向偏移；变形试样的拟合曲线的积分面积与未变形试样拟合曲线的积分面积的不重叠的部分，对应着铁素体晶粒晶格畸变量；当应变量为5％时，铁素体晶粒已经全部发生晶格畸变，宏观表现为颈缩，该拟合曲线所形成的面积为晶粒全部发生变形。

5)计算剩余塑性变形容量率

将一系列高斯拟合曲线分别积分，得到对应的积分面积；

则变形量为x％的X80钢剩余塑性变形容量率ω(x％)为：

其中，S_A为未发生塑性变形试样的拟合曲线的积分面积减去与晶粒全部变形的拟合曲线重叠的部分的积分面积，参见图4(a)，对应于本实施例，X80钢的晶粒全部变形的变形量对应于5％；S_x％为变形量为x％的试样的拟合曲线的积分面积减去与未发生塑性变形试样的重叠部分的积分面积，参见图4(b)和图4(c)。

建立剩余塑性变形容量率与应变量的数学关系，以应变量为x轴，剩余塑性变形容量率为y轴，以试样变形量为0、1％、3％、5％的剩余塑性变形容量率为目标，做曲线拟合，得到X80钢的应变量-剩余塑性变形容量率分布曲线图，可以根据实际适用过程中X80钢的变形量，获取对应的剩余塑性变形容量率。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取一系列不同变形量的试样；

一系列不同变形量包括变形量为0，变形量为试样的最大变形量，至少还包括介于0和试样的最大变形量之间的任意一个变形量；

2)将所述试样分别进行EBSD制样，而后进行EBSD测试，测试过程中选择BCC相，得到试样对应的测试数据；

3)对测试数据进行数据分析，获取不同变形量试样的BS分布图；

对BS分布图进行归一化处理，而后进行拟合，得到一系列拟合曲线；

4)计算变形量为x％的试样剩余塑性变形容量率ω(x％)，ω(x％)为：

其中，S_A为未发生塑性变形试样的拟合曲线的积分面积减去与最大晶粒变形量的拟合曲线重叠的部分的积分面积；S_x％为变形量为x％的试样的拟合曲线的积分面积减去与未发生塑性变形试样的重叠部分的积分面积；

建立剩余塑性变形容量率与应变量的数学关系；

根据试样的实际变形量，获取对应的剩余塑性变形容量率，或者，根据试样的剩余塑性变形容量率，获取对应的实际变形量。

2.根据权利要求1所述的双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，其特征在于，步骤3)中采用高斯拟合。

3.根据权利要求1所述的双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，其特征在于，步骤4)中，建立剩余塑性变形容量率与应变量的数学关系的具体步骤为：

以应变量为x轴，剩余塑性变形容量率为y轴建立坐标系；

以试样的系列变形量、对应的剩余塑性变形容量率为目标，做曲线拟合，建立应变量-剩余塑性变形容量率分布曲线。

4.根据权利要求1所述的双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，其特征在于，步骤2)的制样过程为：

取5×5×2mm的薄片；

利用金相砂纸进行打磨，利用4000目的金刚石研磨膏机械抛光，最后进行电解抛光，用乙醇溶液冲洗，完成制样。

5.根据权利要求4所述的双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，其特征在于，电解抛光的具体条件为：

电压为35V，时间为40s，电解液为4％的高氯酸和乙醇溶液。

6.根据权利要求1所述的双相钢剩余塑性变形容量率的定量评价方法，其特征在于，步骤2)中进行EBSD测试的参数为：

利用电子背散射衍射仪，选定区域进行面扫描，电压为20KV，步距为0.2μm，扫描面积为250×200μm²，选择BCC相，扫描结束后，输出cpr格式数据。

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