自動球壓痕試驗測定結構鋼及其應變時效后力學性能的研究.pdf

1、鋼材冶煉和鋼結構制造技術已經得到了很大提升，同時材料力學性能的測試技術也有了較大進步。當前，工業(yè)生產和設備服役的安全已經被提到了一個前所未有的高度，而事實上，影響工業(yè)設備安全評估的材料性能的獲得卻一直是瓶頸，也是專家學者的研究重點。但近年來安全生產事故頻發(fā)，其中包括多起由于材料應變時效脆化引起或加劇的低碳鋼高壓管道事故。通常，結構鋼加工制造成設備并服役后，一般只能定期對其進行缺陷檢測和日常維護，而由于常規(guī)力學性能測試大都需要破壞性取樣試

2、驗，難以在線對在役設備的力學性能進行試驗進而作出準確評價。金屬材料應變時效脆化將產生非常嚴重的后果，對工業(yè)生產和設備服役存在重大安全隱患。鑒于此，結構鋼及其應變時效后力學性能的測試研究具有非常重大的意義。
　　 對自動球壓痕試驗原理進行了系統(tǒng)分析和研究。自動球壓痕試驗法是簡單快速、無需取樣、近乎無損、滿足現場在線的新型測試方法，通過加載卸載循環(huán)周期實現連續(xù)壓痕，同步記錄測試過程中的載荷和深度對應數據，形成壓痕曲線（載荷-位移曲線

3、）。通過對準硬度/準顯微硬度試驗衍生導出的σt-εp關系與常規(guī)拉伸試驗測定的材料真應力應變曲線具有對應性關聯的分析研究，從而實現自動球壓痕試驗對材料真應力-真塑性應變曲線的測定。詳細分析研究了自動球壓痕試驗測定材料屈服強度、工程極限拉伸強度、壓痕變形能量等相關性能的原理，并對相關經驗公式進行了分析。
　　 自動球壓痕試驗測定結構鋼及其應變時效后力學性能的研究，以常規(guī)力學試驗獲得性能參數與自動球壓痕試驗測定的性能數據進行比對分析為

4、主要技術手段，完成對整體試驗方案的綜合設計。選定工程中常見的國產低碳鋼、低合金鋼為試驗研究對象，包括15CrMoR鋼板（含3個狀態(tài)）、Q235B鋼板、Q245R鋼板、Q345R鋼板、20鋼新管（含3批次4種狀態(tài)）、20鋼失效管等6種8批次共計7大類狀態(tài)的材料。對應變時效及其比對狀態(tài)試件的取樣與制備進行了具體研究確定，并對試驗的應變量、熱處理工藝等參數進行分析確定。
　　 通過對選定鋼板和鋼管材料分別開展常規(guī)力學性能試驗和自動球壓

5、痕試驗，并將兩類試驗測定的數據進行關聯比對分析，開展對相關參數的取值修正分析，最終完成了用自動球壓痕試驗測定結構鋼及其應變時效后力學性能的研究。試驗比對分析研究表明，自動球壓痕試驗與常規(guī)力學性能試驗測定的數據具有較好的吻合匹配性，屈服強度與抗拉強度均能得到很好的關聯。文中首次提出采用自動球壓痕試驗檢測材料是否發(fā)生應變時效，且試驗證明對應變時效材料進行去應力退火后性能得到改善，但無法完全回復以消除應變時效的影響，且其性能回復的百分比隨著氮

6、含量的升高而降低，在一定程度上表明了含氮量高的材料發(fā)生應變時效程度更深或者其要想得到同等程度的性能回復將更加困難，充分體現了氮元素對材料性能和應變時效的影響。此外，針對國產試驗鋼材，通過對自動球壓痕試驗相關關聯參數的取值修正分析，提高了自動球壓痕試驗測試國產鋼材性能的精確度。
　　 因此，綜合研究分析認為自動球壓痕試驗在一定程度上可代替常規(guī)試驗方法開展結構鋼及其應變時效后力學性能的測試，并利用便攜式球壓痕試驗機實施對在役設備或結