铁素体/贝氏体双相X80管线钢疲劳性能研究
发布时间：2021-07-15 21:35
采用MTS Landmark 370型万能机研究了全壁厚铁素体/贝氏体双相X80管线钢的疲劳性能,并通过SEM方法对钢的组织及断口进行了分析。结果表明,铁素体/贝氏体双相钢中的铁素体有大角度晶界,而贝氏体由小角度晶界的贝氏体铁素体及细小的马氏体/奥氏体（M/A）岛构成。疲劳裂纹主要在钢板表面凹坑处萌生;疲劳强度S与寿命N的关系为S=2 973×N-0.14;在裂纹扩展过程中,铁素体晶界、贝氏体及贝氏体组织中的M/A岛对疲劳裂纹扩展有抑制作用。
【文章来源】：燕山大学学报. 2015,39(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
80钢的组织形貌
第6期乔桂英等铁素体/贝氏体双相X80管线钢疲劳性能研究503表1试验材料化学成分(质量分数)Tab．1Chemicalcompositionofthetestedsteel%CMnSiPSMoNiCrCuVNbTiAlNCeq0．071．690．210．0110．0020．0030．2550．2230．1290．0050．0820．0150．0350．0050．42本试验是在MTSLandmark370型液压伺服动静疲劳试验机上完成。其试样尺寸如图2所示。为模拟实际管线，试样的厚度采用全板厚，且不去除钢板的轧制表面。疲劳试验采用单侧纵向拉拉的正弦曲线方式加载，循环应力比(最小应力/最大应力)为Ｒ=0．1;试验加载频率是5Hz;最大应力范围为350～620MPa;试验温度为23～26℃，干燥空气，无潮湿腐蚀性气氛。疲劳断口分析在KYKY-2800扫描电子显微镜上完成。图2疲劳试样的尺寸Fig．2Thesizeoffatiguespecimen2试验结果与分析图3给出了疲劳寿命的试验结果。由图3可见，在无缺口试样条件下，该钢具有良好的疲劳性能。在最大应力(σmax=600MPa)接近屈服强度的条件下，其疲劳寿命N仍能达到大约8．5×104周次。随最大应力的降低，疲劳循环周次增加，但增加幅度并不大;最大应力由600MPa降低到400MPa时，疲劳循环周次由8．5×104周次增加到5．7×105周次;但当最大应力继续降低到375MPa时，其疲劳循环周次则显著增加到2×106周次。疲劳寿命按1×106设计时，其疲劳强度约370～400MPa之间。根据上述试验数据，回归处理确定疲劳寿命S－N曲线为S=2973×N－0．14。计算当循环次数为1×106周次的最大应力为402MPa左右，该值大于试验值。因此应采用分段处理的方式，确定其疲劳强度应为380MPa左右。图4给出了最大应力为600MPa时的疲劳断口形貌。疲劳裂纹萌生均出现在钢板的表面边角处这是因为钢板表面没有加工，表面保
擞Σ捎梅侄未?淼姆绞剑?范ㄆ?疲劳强度应为380MPa左右。图4给出了最大应力为600MPa时的疲劳断口形貌。疲劳裂纹萌生均出现在钢板的表面边角处这是因为钢板表面没有加工，表面保持轧制表面特征，表面粗糙度对疲劳裂纹形成有一定的影响。但从实际疲劳寿命看(图3)，不同应力条件下，各应力水平试样的结果分散度并不大，说明轧制表面对疲劳寿命的影响不大。对疲劳裂纹萌生位置观察发现，疲劳裂纹在表面的凹坑等粗糙度较大的区域形成，并向内快速扩展，当裂纹深度到达400～600μm时，疲劳裂纹进入稳定扩展区(图4(a))。图3X80管线钢的S-N曲线Fig．3TheS-NcurveoftheX80pipelinesteel在远离裂纹源的裂纹稳定扩展区，疲劳裂纹呈韧性断裂特征，在一些小的晶粒上可见有疲劳辉纹存在，但相近区域，部分晶粒则没有辉纹;另外在断口表面存在大量二次裂纹，二次裂纹沿疲劳裂纹扩展垂直方向横向分布(图4(b))。另外，在较大的二次裂纹之间，也还存在一些细小的二次裂纹(图4(c))。大量二次裂纹分散主裂纹尖端应力集中，降低疲劳裂纹扩散速率，抑制疲劳裂纹扩展。这与钢的铁素体/贝氏体双相组织在疲劳裂纹扩展中对裂纹扩展的抑制作用不同有关。为更清晰分析铁素体/贝氏体双相组织对疲劳性能的影响，图5(a)～(b)分别给出了钢板组织EBSD分析及断口截面二次裂纹分析结果。由图5(a)可见，由于控制轧制和控制冷却的作用，铁素体/贝氏体沿轧制方向呈拉长带状分布。铁素体主要以大角度晶界为主，铁素体晶粒尺寸4～16μm，平均晶粒尺寸10μm以下。这种细小的铁素体组织保证钢具有良好的韧性。而贝氏体组织则主要由小角度晶界的晶粒构成;但在贝氏体内也存在更加细小的大角度晶界构成的晶粒，结合组织分析，该细小晶粒主要为M/A岛状组织构成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形管线钢的研究和开发[J]. 高惠临,张骁勇. 焊管. 2014(04)
[2]管线钢疲劳行为研究进展[J]. 武威,李洋,吉玲康,赵文轸. 焊管. 2009(08)
[3]油气管道基于应变的设计及抗大变形管线钢的开发与应用[J]. 李鹤林,李霄,吉玲康,陈宏达. 焊管. 2007(05)
[4]天然气输送钢管研究与应用中的几个热点问题[J]. 李鹤林. 中国机械工程. 2001(03)
本文编号：3286506
【文章来源】：燕山大学学报. 2015,39(06)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
80钢的组织形貌
第6期乔桂英等铁素体/贝氏体双相X80管线钢疲劳性能研究503表1试验材料化学成分(质量分数)Tab．1Chemicalcompositionofthetestedsteel%CMnSiPSMoNiCrCuVNbTiAlNCeq0．071．690．210．0110．0020．0030．2550．2230．1290．0050．0820．0150．0350．0050．42本试验是在MTSLandmark370型液压伺服动静疲劳试验机上完成。其试样尺寸如图2所示。为模拟实际管线，试样的厚度采用全板厚，且不去除钢板的轧制表面。疲劳试验采用单侧纵向拉拉的正弦曲线方式加载，循环应力比(最小应力/最大应力)为Ｒ=0．1;试验加载频率是5Hz;最大应力范围为350～620MPa;试验温度为23～26℃，干燥空气，无潮湿腐蚀性气氛。疲劳断口分析在KYKY-2800扫描电子显微镜上完成。图2疲劳试样的尺寸Fig．2Thesizeoffatiguespecimen2试验结果与分析图3给出了疲劳寿命的试验结果。由图3可见，在无缺口试样条件下，该钢具有良好的疲劳性能。在最大应力(σmax=600MPa)接近屈服强度的条件下，其疲劳寿命N仍能达到大约8．5×104周次。随最大应力的降低，疲劳循环周次增加，但增加幅度并不大;最大应力由600MPa降低到400MPa时，疲劳循环周次由8．5×104周次增加到5．7×105周次;但当最大应力继续降低到375MPa时，其疲劳循环周次则显著增加到2×106周次。疲劳寿命按1×106设计时，其疲劳强度约370～400MPa之间。根据上述试验数据，回归处理确定疲劳寿命S－N曲线为S=2973×N－0．14。计算当循环次数为1×106周次的最大应力为402MPa左右，该值大于试验值。因此应采用分段处理的方式，确定其疲劳强度应为380MPa左右。图4给出了最大应力为600MPa时的疲劳断口形貌。疲劳裂纹萌生均出现在钢板的表面边角处这是因为钢板表面没有加工，表面保
擞Σ捎梅侄未?淼姆绞剑?范ㄆ?疲劳强度应为380MPa左右。图4给出了最大应力为600MPa时的疲劳断口形貌。疲劳裂纹萌生均出现在钢板的表面边角处这是因为钢板表面没有加工，表面保持轧制表面特征，表面粗糙度对疲劳裂纹形成有一定的影响。但从实际疲劳寿命看(图3)，不同应力条件下，各应力水平试样的结果分散度并不大，说明轧制表面对疲劳寿命的影响不大。对疲劳裂纹萌生位置观察发现，疲劳裂纹在表面的凹坑等粗糙度较大的区域形成，并向内快速扩展，当裂纹深度到达400～600μm时，疲劳裂纹进入稳定扩展区(图4(a))。图3X80管线钢的S-N曲线Fig．3TheS-NcurveoftheX80pipelinesteel在远离裂纹源的裂纹稳定扩展区，疲劳裂纹呈韧性断裂特征，在一些小的晶粒上可见有疲劳辉纹存在，但相近区域，部分晶粒则没有辉纹;另外在断口表面存在大量二次裂纹，二次裂纹沿疲劳裂纹扩展垂直方向横向分布(图4(b))。另外，在较大的二次裂纹之间，也还存在一些细小的二次裂纹(图4(c))。大量二次裂纹分散主裂纹尖端应力集中，降低疲劳裂纹扩散速率，抑制疲劳裂纹扩展。这与钢的铁素体/贝氏体双相组织在疲劳裂纹扩展中对裂纹扩展的抑制作用不同有关。为更清晰分析铁素体/贝氏体双相组织对疲劳性能的影响，图5(a)～(b)分别给出了钢板组织EBSD分析及断口截面二次裂纹分析结果。由图5(a)可见，由于控制轧制和控制冷却的作用，铁素体/贝氏体沿轧制方向呈拉长带状分布。铁素体主要以大角度晶界为主，铁素体晶粒尺寸4～16μm，平均晶粒尺寸10μm以下。这种细小的铁素体组织保证钢具有良好的韧性。而贝氏体组织则主要由小角度晶界的晶粒构成;但在贝氏体内也存在更加细小的大角度晶界构成的晶粒，结合组织分析，该细小晶粒主要为M/A岛状组织构成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形管线钢的研究和开发[J]. 高惠临,张骁勇. 焊管. 2014(04)
[2]管线钢疲劳行为研究进展[J]. 武威,李洋,吉玲康,赵文轸. 焊管. 2009(08)
[3]油气管道基于应变的设计及抗大变形管线钢的开发与应用[J]. 李鹤林,李霄,吉玲康,陈宏达. 焊管. 2007(05)
[4]天然气输送钢管研究与应用中的几个热点问题[J]. 李鹤林. 中国机械工程. 2001(03)
本文编号：3286506
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