Page 37 - 理化检验-物理分册2021年第二期
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苏国锦, 等: 超级 13Cr油管钢的显微组织与力学性能



            50 ℃ 时超级 13Cr油管钢的示波冲击曲线与 GB / T                   2.4  洛氏硬度

            19748-2019 《 金属材料 夏比 V 型缺口摆锤冲击试                        该超级 13Cr油管钢的室温洛氏硬度见表 3 , 可


            验 仪 器 化 试 验 方 法》 中 F 型 相 似。 温 度 在 常 温              见硬度平均值约为29.4HRC , 壁厚中间部位的硬度
            ( 23 ℃ ) 及以下时的冲击曲线, 可见明显的不稳定裂                      较外壁和内壁的稍高, 不同象限的硬度基本一致, 硬


            纹扩展特征。对比-90 , -60 , -10 ℃ 下的示波冲击                   度测试结果满足技术要求。
            曲线, 可见温度越低, 不稳定裂纹扩展特征出现得越                                      表 3  超级 13Cr油管钢的硬度

                                                                      Tab 3 Hardnessofthesu p er13Crtubin g steel  HRC
            早, 因此温度越低, 断口表面脆性特征的比例越大。
                 由示波冲击力 - 位移曲线提取的不同温度下超                            测试位置             实测值            平均值
            级 13Cr油管钢的试验特征值见表 1 , 可见不同温度                             外壁        29.4 , 29.5 , 29.3 , 29.5  29.4
            下的冲击吸收能量均满足技术要求。随着温度的升                                   中间        29.3 , 29.5 , 29.4 , 29.6  29.5
            高, 裂纹形成能量基本不变, 裂纹扩展能量增大, 裂                               内壁        29.5 , 29.3 , 29.5 , 29.4  29.4
            纹扩展能量占冲击总能量的 66% 左右, 冲击吸收能                            技术协议要求                    ≤32
            量增大, 剪切断面率增大, 冲击吸收能量和剪切断面
                                                              2.5  疲劳性能
            率增大趋势基本一致; -90 ℃ 时, 冲击吸收能量为

                                                                   该超级 13Cr油管钢的疲劳性能见表 4 , 一般情


            158J , 仍然满足技术协议要求; 100 ℃ 时, 冲击吸收
                                                               况下, 钢的疲劳寿命要求是 10 次, 该超级 13Cr油
                                                                                          7

            能量达到 221J 。这说明随着温度的升高, 金属原子
                                                               管钢当使用应力低于 550 MPa时, 一般不会发生疲

            间结合力越小, 超级 13Cr油管钢的冲击韧性增大,

                                                               劳断裂, 当高于 550 MPa 时就会发生疲劳断裂, 其
            冲击开裂敏感性降低。

                  表 1  不同温度下超级 13Cr油管钢示波冲击特征值                  疲劳强度为 550MPa 。
                                                                          表 4  超级 13Cr油管钢的疲劳性能

                Tab 1 Characteristicvaluesofoscillosco p icim p actofthe

                                                                   Tab 4 Fati g ue p ro p ertiesofthesu p er13Crtubin g steel
                   su p er13Crtubin g steelatdifferenttem p eratures
                             能量特征值         冲击吸收                试样    取样   试验   频率 /  最大      循环       试样
                试验                                  剪切         编号               Hz 应力 / MPa 周次 / 次    状态
                       裂纹形成能量     裂纹扩展能量 能量 /                        位置 温度 / ℃
              温度 / ℃                              断面率 / %
                           /
                                       /
                          W i J      W p J    J                 1                    550  >7.920×10 5  试样未断裂
                                                                                                 5   试样断裂
                -90       52         101     158     70         2                         1.616×10
                                                                                     600
                -60       53         121     186     87         3    管体    23   100       8.447×10 5  试样断裂
                                                                                                 5   试样断裂
                -10       51         140     203     92         4                    620  3.699×10
                23        50         142     207     95         5                    650  9.854×10 4  试样断裂
                50        53         143     211     98

                                                                 3 号试样的疲劳断口形貌如图 3 所示。图 3a )
                100       52         153     221    100
                                                               为断口整体形貌, 从左至右分别为裂纹源区、 裂纹扩
            技术协议要求         -          -      ≥60     -
                                                               展区、 瞬断区, 可见其放射线清晰, 瞬断区沿旋转方
            2.3  拉伸性能                                          向偏转则是因为扩展速率不一致导致的。在旋转弯
                 该超级 13Cr油管钢的室温拉伸性能见表 2 , 可                    曲条件下疲劳微裂纹形成后, 裂纹扩展过程中试样

            见其 屈 服 强 度、 抗 拉 强 度 分 别 为 823 MPa 和                在旋转, 载荷向轴旋转方向移动, 疲劳裂纹沿顺载荷

            936MPa , 屈强比为 0.88 , 断后伸长率为 28.5% 。这               移动方向扩展快, 逆载荷移动方向扩展慢。图 3b )

            说明该材料的抗变形能力较强, 塑性较好, 拉伸性能                          为裂纹源区, 疲劳裂纹萌生于试样表面, 可见疲劳辉

            满足技术要求。                                            纹。图 3c ) 为裂纹扩展区, 可以看到准解理微观断
                      表 2  超级 13Cr油管钢的室温拉伸性能                   裂特征, 平台上有一些放射状台阶区及河流花样, 并

                    Tab 2 Roomtem p eraturetensile p ro p ertiesof  存在二次裂纹, 为典型的脆性断口形貌; 缓慢扩展区

                          thesu p er13Crtubin g steel
                                                               较平坦, 有比较明显的放射状条纹, 即贝纹线特征,
              项目   屈服强度 / MPa 抗拉强度 / MPa   屈强比 断后伸长率 / %       裂纹扩展方向与纹路方向平行, 由表面向内部呈放
             实测值       823        936      0.88     28.5       射状扩展。图3d ) 为瞬断区, 可见明显的韧窝形貌,

            技术要求     758~965     ≥793       -       ≥16        表明材料韧性较好。
                                                                                                         1 9
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