一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用冲击断口显微硬度分布初步评估钢板止裂韧性的方法。本发明专利技术以现有冲击试验为检测手段，进一步挖掘Charpy冲击试验的潜能，通过比较未进行止裂韧性Kca检测的钢板和已知止裂韧性Kca钢板的冲击断口附近显微组织的变形情况，初步评估未检测钢板大致的止裂韧性Kca，进而为后续是否进一步送检提供参考。本发明专利技术的评估方法能迅速判断止裂钢板的止裂性能，为后续鉴定工作提供参考依据，可操作强、实施难度小、显著降低止裂钢试制成本。

【技术实现步骤摘要】
一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法
本专利技术涉及一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法，具体是通过和已知止裂韧性Kca的钢板断口显微硬度分布进行对比，初步判断另一块未知止裂韧性钢板的止裂韧性是否满足进一步检测标准，为后续钢板是否进行下一步检测提供参考。
技术介绍
近年来，随着海洋运输效率和海上物质运输量的增加，集装箱船舶向大型化发展，其甲板上部结构承载负荷越来越大，严重挑战船舶安全，为保证集装箱船舶船体结构安全，一般情况下在集装箱船体中部及顶部的舱口围顶板、腹板及上甲板边板、舷顶列板等关键部位采用具有优异止裂性能的大厚度高强度止裂钢，以保证集装箱船舶航行的绝对安全，防止灾难性事故的发生。随着装备制造业的迅速发展，我国集装箱船舶自主设计建造能力得到迅速提升，在超大型集装箱船舶开发、设计、建造等方面均已打破日韩等传统造船强国的垄断。作为建造集装箱船舶最关键的钢材，具有大厚度、高强度的90mm厚EH47BCA止裂钢也被国内钢铁生产企业批量生产。国际上一般采用止裂韧性Kca评价方法评估大厚度止裂钢板的止裂能力，该方法最初由日本焊接工程协会联合船级社、船厂、钢铁企业、大学等科研机构提出，最终形成厚钢板止裂韧性Kca评价标准——《脆性裂纹止裂设计指南》(2019)，指南要求50～75mm钢板在-10℃下的最低止裂韧性Kca必须达到6000N/mm3/2。国际船级社协会(IACS)基于此指南随后发布URW31《ApplicationofYP47SteelPlates》和URS33《RequirementforUseofExtremelyThickSteelPlates》。目前止裂韧性Kca评价方法已经被中国船级社、DNVGL、ABS等各大船级社纳入规范，并成为集装箱船舶建造用钢的强制性标准。采用全厚度钢板进行止裂韧性Kca指标检测的宽板拉伸或ESSO试验由于测试试样较大的三维尺寸，放大了断裂过程的复杂性，导致止裂韧性Kca值与常规断裂韧性评价结果如冲击韧性、裂纹尖端张开位移(CTOD)性能、无塑性转变温度(NDTT)等均没有可靠的规律，尽管学术界和工业界致力于特厚钢板止裂韧性机理研究，但目前尚无明确结论。在国内，止裂韧性Kca检测只能在中船重工洛阳船舶材料研究所船舶材料验证试验中心进行，相应的检测费用高、周期长、工序复杂且无法保证对每一块止裂钢的止裂韧性都进行检测，因此钢厂只能检测止裂钢板的常规力学性能。由于具有优异止裂韧性的钢板同时具有出色的低温韧性，这导致在试制阶段，研发人员无法通过常规的低温韧性测试结果初步判断试制钢板的止裂性能，这延长了试制周期、增加了研发成本。Charpy冲击试验由于易于实施的步骤、快速获得的结果和较低的成本，在工业上被广泛应用于材料的韧性评价。但是Charpy冲击试验由于较小尺寸的测试试样，只能反映平面应力状态下测试试样的韧性指标，其检测结果不能正确反映止裂韧性Kca这个全厚度断裂测试指标。但是从断裂理论上讲，小尺寸试样和全尺寸试样具有相同的断裂机理。在Charpy冲击试验过程中，尽管具有不同显微组织的测试试样具有相同的检测结果，但是冲击断口附近显微组织的变形情况并不一样。基于此，可以从冲击断口附近显微组织的变形情况初步评估被检测试样对裂纹传播的阻滞效果，进而判断钢板的止裂韧性。将未知止裂韧性Kca的钢板的冲击断口和已知止裂韧性Kca钢板的冲击断口附近显微组织的变形情况进行比较，可以初步评估未检测钢板的止裂韧性Kca，进而为后续是否进一步送检提供参考，这将显著降低止裂钢板的试制成本、加快研发进度。
技术实现思路
综合考虑Charpy冲击试验的优势和止裂钢板的性能特点，本专利技术的目的是提供一种初步评估钢板止裂性能的方法，通过将未进行止裂韧性Kca检测的钢板的冲击断口和已知止裂韧性Kca钢板的冲击断口附近显微组织的变形情况进行比较，初步评估未检测钢板大致的止裂韧性Kca，该方法在止裂钢板优异低温冲击韧性的前提下利用冲击断口显微硬度峰值分布初步判定和评估TMCP工艺生产的止裂钢板的止裂性能，具有速度快、易操作、成本低、效果显著的优势。为实现上述评估方法，本专利技术采用以下技术方案：一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法，包含以下工序：1)分别将已知和未知止裂韧性Kca钢板的1/2位置加工成标准纵向冲击试样，并进行-60℃Charpy冲击测试，用线切割把冲击断口试样切开，切割位置为垂直于V口方向的1/3宽度处，切割深度为10mm，将切割面用不同型号砂纸打磨并机械抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精溶液腐蚀8s后备用；2)用显微硬度计测量腐蚀面不同位置处的显微硬度，每个测量点之间的距离为0.5mm，施加力为300g，加载时间为10s；3)将步骤2)显微硬度的测量结果绘制成硬度分布等高线图并对比两个等高线图中显微硬度峰值在原冲击断口中的位置；若显微硬度峰值位置位于冲击断口边缘的中间位置，则不符合进一步检测标准；若显微硬度峰值位置像已知止裂韧性Kca显微硬度峰值位置一样远离冲击断口边缘，则可初步判断未知止裂韧性钢板的Kca满足进一步检测标准。步骤(1)中已知钢板的止裂韧性Kca符合标准要求，未知止裂韧性Kca钢板为待检测钢板。步骤(2)中测量已知和未知止裂韧性Kca钢板对应断口显微硬度时，保证测量位置完全一样。即保证边界测量点位置一致。本专利技术的有益效果：本专利技术利用现有的低温Charpy冲击韧性检测手段，通过进一步挖掘冲击断口所包含的信息，利用常见的显微硬度测试装备和Origin软件获得断口显微硬度分布等高线图，并从中初步判定未检测钢板的止裂能力；该评估方法具有速度快、易操作、成本低、效果显著的优势，能够为止裂钢板止裂性能的初步评估提供可靠指导。附图说明图1为已知具有优异止裂韧性Kca钢板的冲击断口显微硬度分布等高线图。图2为未知止裂韧性Kca钢板的冲击断口显微硬度分布等高线图。图3为冲击断口切割方式及显微硬度测试表面。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不以任何方式限制本专利技术。一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法，所述评估方法包含以下工序：1)将已知和未知止裂韧性Kca钢板的1/2位置加工成标准纵向冲击试样并进行-60℃Charpy冲击测试，用线切割把冲击断口试样切开，切割位置为垂直于V口方向的1/3宽度处，切割深度为10mm，将切割面用不同型号砂纸打磨并机械抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精溶液腐蚀8s后备用。2)用显微硬度计测量腐蚀面不同位置处的显微硬度，每个测量点之间的距离为0.5mm，施加力为300g，加载时间为10s。3)将上述显微硬度的测量结果用Origin软件绘制成硬度分布等高线图并对比两个等高线图中显微硬度峰值在原冲击断口中的位置。上述评估方法所述钢板1/2位置处的基体组织均为铁素体+贝氏体的混合组织，所述钢板屈服强度≥460M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法，其特征在于，包含以下工序：/n1)分别将已知和未知止裂韧性Kca钢板的1/2位置加工成标准纵向冲击试样，并进行-60℃Charpy冲击测试，用线切割把冲击断口试样切开，切割位置为垂直于V口方向的1/3宽度处，切割深度为10mm，将切割面用不同型号砂纸打磨并机械抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精溶液腐蚀8s后备用；/n2)用显微硬度计测量腐蚀面不同位置处的显微硬度，每个测量点之间的距离为0.5mm，施加力为300g，加载时间为10s；/n3)将步骤2)显微硬度的测量结果绘制成硬度分布等高线图并对比两个等高线图中显微硬度峰值在原冲击断口中的位置；若显微硬度峰值位置位于冲击断口边缘的中间位置，则不符合进一步检测标准；若显微硬度峰值位置像已知止裂韧性Kca显微硬度峰值位置一样远离冲击断口边缘，则可初步判断未知止裂韧性钢板的Kca满足进一步检测标准。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用冲击断口显微硬度分布定性评估钢板止裂韧性的方法，其特征在于，包含以下工序：
1)分别将已知和未知止裂韧性Kca钢板的1/2位置加工成标准纵向冲击试样，并进行-60℃Charpy冲击测试，用线切割把冲击断口试样切开，切割位置为垂直于V口方向的1/3宽度处，切割深度为10mm，将切割面用不同型号砂纸打磨并机械抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精溶液腐蚀8s后备用；
2)用显微硬度计测量腐蚀面不同位置处的显微硬度，每个测量点之间的距离为0.5mm，施加力为300g，加载时间为10s；
3)将步骤2)显微硬度的测量结果绘制成硬度分布等高线图并对比两个等高线图中显微硬度峰值在原冲击断口中的位置；若显微硬度峰值位置位于冲击断口边缘的中间位置，则不符合进一步检测标准；若显微硬度峰值位置像已知止裂韧性Kca显微硬度峰值位置一样远离冲击断口边缘，则可初步判断未知止裂韧性钢板的Kca满足进一步检测标准。


2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤(1)中已知钢板的止裂韧性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红涛，田勇，叶其斌，王斌，王国栋，邱保文，赵晋斌，
申请(专利权)人：东北大学，南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21