超级双相不锈钢SAF2707 HD疲劳性能研究
发布时间：2021-07-20 06:46
由等量铁素体（a）和奥氏体（y）相组成的双相不锈钢具有优异的抗腐蚀性能和力学性能。因此双相不锈钢被广泛应用于发电厂、海洋建筑和海水淡化设施等。然而随着现代工业的发展,双相不锈钢的耐腐蚀性已经不能满足极端苛刻的高温和酸化氯化服务环境的要求。为了满足日益增长的需求,山特维克公司开发了具有优异耐腐蚀性能和机械性能的高合金化超双相不锈钢SAF2707 HD,与双相不锈钢相比,超级双相不锈钢SAF2707 HD是一种高合金双相不锈钢,点蚀阻力当量数大于48,可代替SAF 2507用于海水等酸蚀、含氯环境,并且非常适用于热海水等恶劣环境中。因此本论文主要针对超级双相不锈钢SAF2707 HD作为海洋立管材料时遇到疲劳失效的问题展开实验与模拟,利用扫描电子显微镜对该材料的疲劳失效机理进行分析,利用有限元软件ABAQUS以及疲劳分析软件FE-SAFE对该旋转弯曲疲劳试样进行了数值模拟。本课题主要研究工作与研究成果如下:1.为了研究超级双相不锈钢SAF2707 HD的旋转弯曲疲劳性能,在应力比R=-1,转速为3150r/min的实验条件下对该材料进行旋转弯曲疲劳实验,利用升降法计算得到该材料在空气介质下...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级双向不锈钢SAF2707HD显微组织
硕士学位论文13图2.2拉伸力学性能试验机1×45°11R43.22530110AB5±0.020.015A-B0.02图2.3拉伸试验试样图2.4为拉伸试样的应力应变曲线图。观察应力应变曲线图，超级双相不锈钢SAF2707HD在拉伸过程中，没有出现显著的屈服现象。整条曲线自弹性阶段至塑性阶段的过度是非常圆滑的，找不到特定的屈服应力。因此该材料的屈服应力应当选取产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力σ0.2，来当做屈服应力作为参考。拉伸试验一共进行了五次，平均五次试验得出的数据，得到SAF2707HD的基础力学性能，如表2.5所示。目前许多学者都尝试找到材料的疲劳极限与力学性能一定关系，以此通过不同材料的力学性能来预测该材料的疲劳极限，下述有三个相关的公式：Mailander公式：σ-1=（0.49±20%）σmStrinbeck公式：σ-1=（0.285±20%）(σm+σ0.2)H-M公式：σ-1=0.25(σm+σ0.2)+50尽管以上公式都处在理论推算状态，并不能精确的计算出二者之间的关系，但是仍可以看出在试样基本条件相同的情况下，材料的拉伸性能越高，该材料的疲劳属性也越好。超级双相不锈钢SAF2707HD在保持较高强度的同时兼有较高
超级双相不锈钢SAF2707HD疲劳性能研究14的韧性以及延展性，故综合力学性能优良。图2.4超级双相不锈钢SAF2707HD应力应变图表2.5超级双相不锈钢SAF2707HD的力学性能σ0.2MPaσbMPa断后伸长率δ%断面收缩率ψ%70098851.4069.442.4旋转弯曲疲劳实验2.4.1旋转弯曲疲劳实验简介金属材料在交变应变或交变应力作用下产生裂纹或失效，在承受交变应力的过程中材料性能的变化过程称为疲劳。在实际工况中，旋转弯曲受载是许多机械构件或零部件的一种受载方式，针对这些构件或零部件的受载破坏形式，仅依靠模拟不能得出满意结果，只有模拟真实的载荷及环境，对构件进行实物实验，才能准确地评价它们真实的疲劳特性，对其疲劳性能做出评价。因此，更加接近实际工况的旋转弯曲疲劳试验获得广泛使用。通过理论计算以及具体实验分析来研究一种材料的性能是最为有效的方法。现有的弯曲疲劳试验系统有三种：分别为简支梁弯曲疲劳试验系统，悬臂梁弯曲疲劳试验系统以及旋转弯曲疲劳试验系统。由于前两种试验方法为平面实验，即只能在铅垂面内进行弯曲，交变应力峰值加载部位仅为最高和最低两点，这与导管组件实际的工作环境相差甚远。相比之下，只有旋转弯曲疲劳试验方法属于空间弯曲实验，能够实现被考核部位360°全方位的加载，消除了随机因素的影响，更接近实际工作环境[6]。例如起连接作用的曲轴与轴承、用于不同工况的管路、受波浪力等随机载荷的海洋立管等。在实际工作环境中，都受到大量的旋转弯曲作用。而这些零件的破坏形式基本都为疲劳破坏，因此针对不同材料制成的零件进行旋转弯曲疲劳的实物测试，
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油天然气探明储量现状及变化特点[J]. 周立明,韩征,任继红,李敬功,张道勇,冯志刚,张晨朔. 中国矿业. 2019(09)
[2]热处理温度对超级双相钢UNS S32760管材组织性能的影响[J]. 邵海丽,赵增强,庞于思,刘富强,王连华,韩恒力. 钢管. 2019(03)
[3]21世纪初中国原油储量、产量构成变化分析及启示[J]. 张抗,张立勤. 中国石油勘探. 2019(03)
[4]拉伸过载作用下DP780双相钢疲劳裂纹扩展行为[J]. 李松汾. 钢铁. 2019(03)
[5]温度对高钴钼不锈轴承钢高周疲劳性能的影响[J]. 耿思远,杨卯生,赵昆渝. 钢铁. 2018(12)
[6]中碳铬钨渗氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能研究[J]. 程世超,魏慧君,孙世清,王松,王瑞阳,崔博帅,尉念伦. 河北科技大学学报. 2018(04)
[7]不锈钢冶炼工艺及国内现状与发展[J]. 金沙江. 山西冶金. 2017(05)
[8]GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究[J]. 张宏,李久楷,刘永杰,王清远. 工程科学与技术. 2017(04)
[9]变形量和固溶处理对S32707双相不锈钢组织和性能的影响[J]. 刘富强,高杰,叶丙义,庞于思,刘静. 金属热处理. 2017(06)
[10]双相不锈钢在化工设备设计中的运用[J]. 钟原. 中国石油石化. 2017(08)
博士论文
[1]航空滚动轴承用M50钢的接触疲劳损伤行为研究[D]. 关健.哈尔滨工业大学 2019
[2]高强双相钢喷丸强化及其XRD表征[D]. 付鹏.上海交通大学 2015
[3]金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算[D]. 王英玉.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]494Q柴油机曲轴弯/扭复合强度与疲劳寿命研究[D]. 施佳裕.江苏大学 2019
[2]超声加载频率对高强钢FV520B-I疲劳性能的影响研究[D]. 赵清晨.大连理工大学 2018
[3]航空导管旋转弯曲疲劳试验系统设计与实践[D]. 朴小东.沈阳航空航天大学 2017
[4]金属管材旋转弯曲工艺数值模拟[D]. 廖戡武.东北大学 2015
[5]航空材料疲劳寿命模拟预测研究[D]. 郑雅婷.中国民航大学 2014
[6]基于ABAQUS的PCCP管道结构有限元分析[D]. 郁龙.南京航空航天大学 2014
[7]海洋立管的风险和敏感性分析[D]. 刘雪.兰州理工大学 2014
[8]不同介质环境下马氏体不锈钢2Cr13钢的超高周疲劳研究[D]. 张彭一.兰州理工大学 2014
[9]颗粒阻尼减振耗能机理的试验研究和数值仿真分析[D]. 李学涛.东北大学 2013
[10]拉压载荷下304不锈钢低周疲劳断裂特性的研究[D]. 刘俭辉.兰州理工大学 2011
本文编号：3292351
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级双向不锈钢SAF2707HD显微组织
硕士学位论文13图2.2拉伸力学性能试验机1×45°11R43.22530110AB5±0.020.015A-B0.02图2.3拉伸试验试样图2.4为拉伸试样的应力应变曲线图。观察应力应变曲线图，超级双相不锈钢SAF2707HD在拉伸过程中，没有出现显著的屈服现象。整条曲线自弹性阶段至塑性阶段的过度是非常圆滑的，找不到特定的屈服应力。因此该材料的屈服应力应当选取产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力σ0.2，来当做屈服应力作为参考。拉伸试验一共进行了五次，平均五次试验得出的数据，得到SAF2707HD的基础力学性能，如表2.5所示。目前许多学者都尝试找到材料的疲劳极限与力学性能一定关系，以此通过不同材料的力学性能来预测该材料的疲劳极限，下述有三个相关的公式：Mailander公式：σ-1=（0.49±20%）σmStrinbeck公式：σ-1=（0.285±20%）(σm+σ0.2)H-M公式：σ-1=0.25(σm+σ0.2)+50尽管以上公式都处在理论推算状态，并不能精确的计算出二者之间的关系，但是仍可以看出在试样基本条件相同的情况下，材料的拉伸性能越高，该材料的疲劳属性也越好。超级双相不锈钢SAF2707HD在保持较高强度的同时兼有较高
超级双相不锈钢SAF2707HD疲劳性能研究14的韧性以及延展性，故综合力学性能优良。图2.4超级双相不锈钢SAF2707HD应力应变图表2.5超级双相不锈钢SAF2707HD的力学性能σ0.2MPaσbMPa断后伸长率δ%断面收缩率ψ%70098851.4069.442.4旋转弯曲疲劳实验2.4.1旋转弯曲疲劳实验简介金属材料在交变应变或交变应力作用下产生裂纹或失效，在承受交变应力的过程中材料性能的变化过程称为疲劳。在实际工况中，旋转弯曲受载是许多机械构件或零部件的一种受载方式，针对这些构件或零部件的受载破坏形式，仅依靠模拟不能得出满意结果，只有模拟真实的载荷及环境，对构件进行实物实验，才能准确地评价它们真实的疲劳特性，对其疲劳性能做出评价。因此，更加接近实际工况的旋转弯曲疲劳试验获得广泛使用。通过理论计算以及具体实验分析来研究一种材料的性能是最为有效的方法。现有的弯曲疲劳试验系统有三种：分别为简支梁弯曲疲劳试验系统，悬臂梁弯曲疲劳试验系统以及旋转弯曲疲劳试验系统。由于前两种试验方法为平面实验，即只能在铅垂面内进行弯曲，交变应力峰值加载部位仅为最高和最低两点，这与导管组件实际的工作环境相差甚远。相比之下，只有旋转弯曲疲劳试验方法属于空间弯曲实验，能够实现被考核部位360°全方位的加载，消除了随机因素的影响，更接近实际工作环境[6]。例如起连接作用的曲轴与轴承、用于不同工况的管路、受波浪力等随机载荷的海洋立管等。在实际工作环境中，都受到大量的旋转弯曲作用。而这些零件的破坏形式基本都为疲劳破坏，因此针对不同材料制成的零件进行旋转弯曲疲劳的实物测试，
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国石油天然气探明储量现状及变化特点[J]. 周立明,韩征,任继红,李敬功,张道勇,冯志刚,张晨朔. 中国矿业. 2019(09)
[2]热处理温度对超级双相钢UNS S32760管材组织性能的影响[J]. 邵海丽,赵增强,庞于思,刘富强,王连华,韩恒力. 钢管. 2019(03)
[3]21世纪初中国原油储量、产量构成变化分析及启示[J]. 张抗,张立勤. 中国石油勘探. 2019(03)
[4]拉伸过载作用下DP780双相钢疲劳裂纹扩展行为[J]. 李松汾. 钢铁. 2019(03)
[5]温度对高钴钼不锈轴承钢高周疲劳性能的影响[J]. 耿思远,杨卯生,赵昆渝. 钢铁. 2018(12)
[6]中碳铬钨渗氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能研究[J]. 程世超,魏慧君,孙世清,王松,王瑞阳,崔博帅,尉念伦. 河北科技大学学报. 2018(04)
[7]不锈钢冶炼工艺及国内现状与发展[J]. 金沙江. 山西冶金. 2017(05)
[8]GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究[J]. 张宏,李久楷,刘永杰,王清远. 工程科学与技术. 2017(04)
[9]变形量和固溶处理对S32707双相不锈钢组织和性能的影响[J]. 刘富强,高杰,叶丙义,庞于思,刘静. 金属热处理. 2017(06)
[10]双相不锈钢在化工设备设计中的运用[J]. 钟原. 中国石油石化. 2017(08)
博士论文
[1]航空滚动轴承用M50钢的接触疲劳损伤行为研究[D]. 关健.哈尔滨工业大学 2019
[2]高强双相钢喷丸强化及其XRD表征[D]. 付鹏.上海交通大学 2015
[3]金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算[D]. 王英玉.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]494Q柴油机曲轴弯/扭复合强度与疲劳寿命研究[D]. 施佳裕.江苏大学 2019
[2]超声加载频率对高强钢FV520B-I疲劳性能的影响研究[D]. 赵清晨.大连理工大学 2018
[3]航空导管旋转弯曲疲劳试验系统设计与实践[D]. 朴小东.沈阳航空航天大学 2017
[4]金属管材旋转弯曲工艺数值模拟[D]. 廖戡武.东北大学 2015
[5]航空材料疲劳寿命模拟预测研究[D]. 郑雅婷.中国民航大学 2014
[6]基于ABAQUS的PCCP管道结构有限元分析[D]. 郁龙.南京航空航天大学 2014
[7]海洋立管的风险和敏感性分析[D]. 刘雪.兰州理工大学 2014
[8]不同介质环境下马氏体不锈钢2Cr13钢的超高周疲劳研究[D]. 张彭一.兰州理工大学 2014
[9]颗粒阻尼减振耗能机理的试验研究和数值仿真分析[D]. 李学涛.东北大学 2013
[10]拉压载荷下304不锈钢低周疲劳断裂特性的研究[D]. 刘俭辉.兰州理工大学 2011
本文编号：3292351
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