一种海洋工程用钢应力腐蚀开裂时间的快速推算方法技术

本发明专利技术涉及一种海洋工程用钢应力腐蚀开裂时间的快速推算方法，针对海洋环境的特点，利用交变应变下的应力腐蚀变化规律，设计了钢材应力腐蚀开裂的快速推算方法。本方法利用应力形变量作为传递关系，将交变应力与腐蚀开裂相关联，从而建立弯曲交变应力-应力腐蚀加速比曲线，通过对待测样品的应力腐蚀实验，能够快速推算出在海洋中的应力腐蚀开裂时间。本发明专利技术能够确保推算精度的情况下，极大的缩短了海洋工程用钢寿命检测所需时间，同时为不同批次的样品检测提供了一种快捷的手段。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，针对海洋环境的特点，利用交变应变下的应力腐蚀变化规律，设计了钢材应力腐蚀开裂的快速推算方法。本方法利用应力形变量作为传递关系，将交变应力与腐蚀开裂相关联，从而建立弯曲交变应力-应力腐蚀加速比曲线，通过对待测样品的应力腐蚀实验，能够快速推算出在海洋中的应力腐蚀开裂时间。本专利技术能够确保推算精度的情况下，极大的缩短了海洋工程用钢寿命检测所需时间，同时为不同批次的样品检测提供了一种快捷的手段。【专利说明】
本专利技术涉及，属于海洋工程结构与应力腐蚀防护
。
技术介绍
应力腐蚀是设备承载的金属构件在特定的介质中一种自发的延迟破坏的现象，是设备失效的主要原因之一。应力腐蚀研究是设备防腐与安全可靠性研究的重要领域。目前应力腐蚀研究主要是针对静态应变下的应力腐蚀，但在实际情况中，工程设备一般都处于动态应变的工作环境中，如海洋工程结构，其长期处于风、浪、流等随机载荷作用下，在腐蚀过程中，应力应变变化相对复杂，因此有必要对动态应变下的工程结构应力腐蚀开展定量研究，确定交变应力应变下的应力腐蚀变化规律，为预判在役设备的服役状况提供参考，增加经济效益，防止重大经济损失和人员伤亡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:克服上述现有技术的缺陷，提出，能够确保推算精度的情况下，极大的缩短了海洋工程用钢寿命检测所需时间，同时为不同批次的样品检测提供了一种快捷的手段。为了达到上述目的，本专利技术提出的，包括如下步骤:第I步、制备试样一切割获得若干标准试样，进行打磨清洗并风干；第2步、应力测定——将标准试样两端固定在夹具上，并分别对标准试样施加推力使其产生预定量M1, M2,，，Mn的应力形变，测定标准试样产生应力形变量为M1, M2,，，Mn时的表面应力，获得表面应力-应力形变曲线；第3步、应力腐蚀一在腐蚀溶液A的浸泡环境下，分别对η个标准试样施加预设频率f的弯曲交变推力，使第i个标准试样在每个周期内的最大应力形变达到预定量Mi，其中i=l，2,,,η,直至标准试样表现产生应力腐蚀开裂，记录这η个标准试样各自的应力腐蚀开裂时间；第4步、获取应力腐蚀加速比——根据第2步和第3步中得到的数据，利用形变量M1, M2,，，Mn传递对应关系，绘制标准试样表面应力-应力腐蚀开裂时间曲线，将标准试样在实验环境下的应力腐蚀开裂时间和该试样材料在海洋中应力腐蚀开裂时间相比，获得在腐蚀溶液A浸泡环境下频率为f的弯曲交变应力-应力腐蚀加速比曲线；第5步、应力腐蚀快速推算——将待测样品切割成与标准试样相同的长度，两端固定在夹具上，施加预设推力F并测定表面应力，随后浸入腐蚀溶液A，施加预设频率为f的大小为O-F的弯曲交变推力，并记录其腐蚀开裂时间，通过本步骤测定的表面应力，从第4步得到的弯曲交变应力-应力腐蚀加速比曲线中获取对应的应力腐蚀加速比值,待测样品的腐蚀开裂时间与所述应力腐蚀加速比值相乘即得到待测样品在海洋环境下的应力腐蚀开裂时间。本专利技术进一步的改进在于:1、所述腐蚀溶液A为人造海水或天然海水。2、所述腐蚀溶液A的化学成分及配比如下:Na+:10.7g/Kg, Mg2+:1.29g/Kg, Ca2+:0.41g/Kg, K+:0.40g/Kg, Sr2+:0.01g/Kg, CF:19.4g/Kg, SO24-:2.71g/Kg, HCO3^:0.14g/Kg, Br-:0.07g/Kg, F-:0.01g/Kg, H3BO3:0.03g/Kg。3、所述弯曲交变推力的预设频率f为1/60。4、所述第4步中，试样材料在海洋中应力腐蚀开裂时间用第I个标准试样的应力腐蚀开裂时间进行替代，所述第I个标准试样表面受到的弯曲交变应力为模拟海洋环境下受到的交变应力。5、在O-F的弯曲交变推力作用下，所述第I个标准试样受到的弯曲交变应力为O—89.4MPa06、第I步中，标准试样用砂纸对标准试样进行打磨，用乙醇清洗并风干。7、所述标准试样和待测样品的表面应力采用X射线衍射仪测试获得。8、所述推力、弯曲交变应力通过对称分布在夹具纵向两侧的两对液压推杆施加，驱动所述液压推杆的液压驱动装置受控于计算机。本专利技术针对海洋环境的特点，利用交变应变下的应力腐蚀变化规律,设计了钢材应力腐蚀开裂的快速推算方法。本方法利用应力形变量作为传递关系，将交变应力与腐蚀开裂相关联，从而建立弯曲交变应力-应力腐蚀加速比曲线。针对该种材料样品进行测试时，只需要将产品切割成标准长度，施加预设的交变推力，通过测量到的表面应力获取在相应交变应力下的应力腐蚀加速比，与测试时的断裂时间相乘即可得到应力腐蚀开裂时间。本专利技术可以通过插值方法获取应力腐蚀加速比，因此无需将待测样品切割成标准尺寸，检测时的交变推力也可自行调解，没有十分严格的要求，可见本专利技术方法的使用更灵活，适应性更强。若需要检测该批次产品的的抗应力腐蚀性能，则将上述方法得到待测样品的应力腐蚀开裂时间，与标准样品在海洋环境中的的应力腐蚀开裂时间相比较，差值小于5%，则样品合格。或者在第4步中得到的标准试样表面应力-应力腐蚀开裂时间曲线中，根据测量到的表面应力获取标准的应力腐蚀开裂时间，待测样品的应力腐蚀开裂时间与标准的应力腐蚀开裂时间相比较，差值小于5%,则样品合格。本专利技术除了针对全新的钢材进行检测外，还能对已出海的产品进行剩余使用寿命的测量。综上，本专利技术实现了腐蚀环境下的试样交变载荷定量加载实验，以及实验的精确有效，通过实验得出应力腐蚀实验的加速比与应力的关系，提高实验效率、缩短设备的设计周期、预判在役设备的服役状况，可增加经济效益，防止重大经济损失和人员伤亡。【专利附图】【附图说明】下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术方法使用的实验装置。 图2是本专利技术实施例表面应力-应力形变曲线。图3是本专利技术实施例表面应力-应力腐蚀开裂时间曲线图。图4是本专利技术实施例弯曲交变应力-应力腐蚀加速比曲线图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示为本专利技术海洋工程用钢应力腐蚀开裂时间的快速推算方法所使用的实验装置。图中标号示意如下:1_计算机，2-液压驱动装置，3-第一液压泵，4-第二液压泵，5-第一液压推杆,6-第二液压推杆,7-第三液压推杆,8-第四液压推杆,9-第一试样夹头，10-第二试样夹头，11-支架。如图1所示，试样12两端通过第一试样夹头9_、第二试样夹头10固定在实验装置上，第一至第四液压推杆分成两组位于试样12的两侧，分别用于对试样施加推力，通过计算机I控制液压驱动装置2实现对试样12施加交变推力，使试样受到交变应力，同时试样浸没在人造海水(腐蚀溶液)中，因此实验装置能模拟海洋环境，提高检测的准确性。本实施例选取海洋工程用钢690MPa高强钢为实施对象，材料化学成分和机械性能如表1所示。表1690MPa高强钢化学成分及机械性能【权利要求】1.，包括如下步骤: 第I步、制备试样——切割获得若干标准试样，进行打磨清洗并风干； 第2步、应力测定——将标准试样两端固定在夹具上，并分别对标准试样施加推力使其产生预定量M1, M2,，，Mn的应力形变，测定标准试样产生应力形变量为M1, M2,，，Mn时的表面应力，获得表面应力-应力形变曲线； 第3步、应力腐蚀——在腐蚀溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋工程用钢应力腐蚀开裂时间的快速推算方法，包括如下步骤：第1步、制备试样——切割获得若干标准试样，进行打磨清洗并风干；第2步、应力测定——将标准试样两端固定在夹具上，并分别对标准试样施加推力使其产生预定量M1，M2,,,Mn的应力形变，测定标准试样产生应力形变量为M1，M2,,,Mn时的表面应力，获得表面应力‑应力形变曲线；第3步、应力腐蚀——在腐蚀溶液A的浸泡环境下，分别对n个标准试样施加预设频率f的弯曲交变推力，使第i个标准试样在每个周期内的最大应力形变达到预定量Mi，其中i=1,2，，，n，直至标准试样表现产生应力腐蚀开裂，记录这n个标准试样各自的应力腐蚀开裂时间；第4步、获取应力腐蚀加速比——根据第2步和第3步中得到的数据，利用形变量M1，M2,,,Mn传递对应关系，绘制标准试样表面应力‑应力腐蚀开裂时间曲线，将标准试样在实验环境下的应力腐蚀开裂时间和该试样材料在海洋中应力腐蚀开裂时间相比，获得在腐蚀溶液A浸泡环境下频率为f的弯曲交变应力‑应力腐蚀加速比曲线；第5步、应力腐蚀快速推算——将待测样品切割成与标准试样相同的长度，两端固定在夹具上，施加预设推力F并测定表面应力，随后浸入腐蚀溶液A，施加预设频率为f的大小为0‑F的弯曲交变推力，并记录其腐蚀开裂时间，通过本步骤测定的表面应力，从第4步得到的弯曲交变应力‑应力腐蚀加速比曲线中获取对应的应力腐蚀加速比值，待测样品的腐蚀开裂时间与所述应力腐蚀加速比值相乘即得到待测样品在海洋环境下的应力腐蚀开裂时间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宇鹏，花国然，苏波泳，王恒，张建勇，陈贻平，马剑军，周东呈，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32