Page 35 - 理化检验-物理分册2022年第七期

许天旱, 等: 试样厚度对结构钢冲击韧性的影响

断裂, 这是因为不同尺寸的试样具有不同的应力状 度分别为 15 , 20mm 的补充试样, 其他维度尺寸保

态, 其中工件的长度和宽度对材料脆性和韧性的影 持不变。冲击试验采用 NI500C 型数字显示冲击
响相对较小, 所以尺寸通常指工件的厚度 [ 9 ] 。 试验机进行冲击试验, 断口利用 JSM-6390 型扫描
在实际应用中, 许多材料尺寸较 小, 不 能 满 足 电子显微镜( SEM ) 进行观察和分析。此外, GB / T

GB / T229-2020 《 金属材料 夏比摆锤冲击试验方 700-2006 《 碳 素 结 构 钢》 对 试 样 厚 度 为 10 , 7.5 ,

法》、 GB / T19748-2005 《 钢材夏比 V 型缺口摆锤 5mm 的 Q275 钢的冲击吸收能量值的要求分别是

冲击试验仪器化试验方法》、 GB / T2650-2008 《 焊 不低于 27 , 20 , 13.5J 。 U165 钢属于超高强度钻杆

接接头冲击试验方法》 对冲击试样尺寸的要求, 如许 钢级, 相关标准目前尚在制订中。
多新型纳米结构金属、 金属玻璃以及石油钻杆所使 表 1 U165 钢、 Q 275 钢和 20 钢的力学性能
用的超高强度钢级 V150 及 U165 等, 很难达到冲击 屈服强度 / 抗拉强度 / 屈强比 / 断后伸长率 /
材料
试样的标准尺寸 [ 10-11 ] 。研究不同厚度的试样 与 标 MPa MPa % %
准试样冲击吸收能量之间的相关性, 对工程材料的 U165 钢 1247 1298 96.1 10.5

选材、 设计以及确保材料安全服役都具有重要意义。 Q275 钢 275 427 64.4 18
20 钢 350 510 68.6 -
1 试验材料及方法
试验材料为超高强度钻杆钢 U165 和普通正火 2 试验结果与分析
钢 Q275 , 同时 引 用 了 文 献 [ 3 ] 中 20 钢 的 数 据, 与 2.1 显微组织分析
U165钢和 Q275 钢的试验结果进行对比分析, 3 种 U165 钢的显微组织晶粒尺寸很 小, 在 光 学 显
钢的力学性能如表 1 所示, 夏比 V 型缺口试样和平 微镜下较难识别[ 见图 1a )], 用 SEM 将其显微组织

行试样均为 3 个。根据 GB / T229-2020 , U165 钢 放大至 10000 倍, 确 定 其 显 微 组 织 为 回 火 索 氏 体

级钻杆因管材壁厚限制, 不能获得厚度为 10mm 的 [ 见图 1b )], 该 组 织 通 常 具 有 良 好 的 综 合 性 能。
标准 试 样, 冲 击 试 样 采 用 厚 度 分 别 为 2.5 , 5 , 图 1c ) 为 Q275 钢的显微组织, 其中深色为珠光体,

7.5mm 的小尺寸试样, 其他维度尺寸保持不变, 长 浅色为 铁 素 体, 其 中 铁 素 体 含 量 ( 体 积 分 数) 约 为
度为 55mm , 宽度为 10 mm ; Q275 钢 原 材 料 为 板 80% , 用 SEM 将其显微组织放大至 10000 倍, 可以

材, 冲击试样除了厚度为 2.5 , 5 , 7.5 mm 的小尺寸 观察到珠光体、 深色铁素体和浅色渗碳体呈片层状

试样和厚度为 10mm 的标准尺寸试样外, 增加了厚 交替分布[ 见图 1d )]。

图 1 U165 钢和 Q 275 钢的显微组织形貌

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