一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法技术

一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，对拉伸试件采用电化学方法进行充氢试验，选择溶液温度≥28℃的3 g/L NH

【技术实现步骤摘要】
一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法
本专利技术属于钢铁材料性能测试及失效研究领域，具体说的是一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法。
技术介绍
为节约资源、降低成本、满足轻量化设计等要求，钢铁结构材料的强度不断提高。但在实际应用中发现，高强度结构钢在强度超过一定水平后，在服役环境的联合作用下会发生加载应力远低于屈服强度条件下应力腐蚀开裂现象，如图1所示，使得结构材料超高强度化失去工程应用的现实意义。通常认为强度超过1200MPa的钢铁材料属于超高强度钢，传统超高强度钢除在航空航天、矿山机械耐磨零部件等特殊领域大量应用外，作为结构材料工程应用极少。近年来，随着钢铁材料设计及制造技术的进步及工程设计对超高强度材料应用需求的提高，民用建筑、机械等行业等领域也逐步开始尝试应用超高强度钢铁材料。钢铁材料高强度、超高强度化成为研究热点，超高强度钢被大量开发。但评价超高强度钢应力腐蚀的试验方法发展缓慢。人们为评价高强度钢、超高强度钢工程应用可靠性和材料延迟断裂的敏感性，开发了众多应力腐蚀试验方法。目前主要应用的通用标准有ISO7539，ASTMG系列等标准。在航空航天、油气开采、预应力结构等领域也制定了众多的具有行业应用特点的应力腐蚀试验评价标准，如NACETM0177、ISO15630-3、ECSS-Q-70-37A等标准。我国GB/T15970《金属和合金的腐蚀－应力腐蚀试验》系列等同采用ISO7539标准。在ISO7539标准中根据加载形式可分为：恒位移、恒载荷、慢应变速率拉伸、渐变位移/载荷法。这些方法均是在无应变速率或慢应变速率下实施，以实现导致高强度、超高强度钢铁材料氢致应力腐蚀开裂核心影响因素氢元素的充分扩散聚集。采用无应变速率或慢应变速率试验虽能够较好的评价钢铁材料的延迟断裂敏感性，但试验周期长、设备占用率高，难以实施材料大规模、多状态条件的试验测试。且由于长周期试验中影响因素多、试验过程控制复杂，试验数据离散、试验数据样本少且存在大量截尾数据。不但试验成本高昂，而且数据分析难度大，难以高效准确评价高强度材料的应力腐蚀敏感性。近年来，在标准应力腐蚀方法基础上，也发展了大量新型应力腐蚀试验测试方法，以符合特殊环境工况和应用的检测需要，但这些专利大部分是在应力加载工装结构上或环境加载装置上进行改进优化，如增加阴极保护装置，采用高温高压釜及流体控制系统调节实验环境及设计实验加载装置等，并未解决实验过程中为保证氢的充分扩散和聚集导致的应力腐蚀试验周期过长等难题。如CN101109691A金属杆体材料应力腐蚀试验装置及其试验方法中介绍了采用螺母加载的恒位移应力应力腐蚀试验方法。CN105954179A一种测量金属材料元素硫应力腐蚀开裂敏感性的试验方法中介绍了采用弯曲的方法进行试样加载,属于恒位移法进行加载。CN105987847A海洋环境中阴极保护下的钢材氢脆试验装置及试验方法中介绍了采用恒应力法进行加载；CN105987847A一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法中介绍的也是通过螺母进行恒位移法进行加载。目前的应力腐蚀试验方法中，为了在较短的时间内获得高强度钢、超高强度钢的应力腐蚀性能相关数据，通常会采用增加应力、预制缺口加剧局部应力集中、预制裂纹、增加腐蚀介质浓度、采用毒化剂加剧氢吸附等手段进行加速试验。但由于氢的扩散吸附与试样加载为同步进行或先预充氢后进行慢应变速率拉伸试验，对试验结果造成较大的影响。氢的扩散吸附与试样加载为同步进行会导致由于氢扩散不均、不充分而导致实验结果不准确。特别是对于具有高氢陷阱的材料，会进一步加剧氢扩散不均匀、不充分现象。而预充氢后慢应变速率拉伸试验，由于在后续拉伸试验中时间长，存在表层氢逸出现象，试验结果准确性不高。传统高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法除用于材料筛选和研究外，难以作为大规模工业生产应用检验试验方法。根据现有研究发现，高强度、超高强度钢氢致应力腐蚀开裂的力学性能与断口形貌密切相关，沿晶开裂会大幅降低材料的断裂强度、延伸率和断面收缩率。且工程应用中，高强度、超高强度材料应力腐蚀开裂裂纹源区基本呈沿晶断口形貌，因此断口形貌的识别对判断材料的延迟断裂敏感性具有重要的意义。对于抗拉强度≥1200MPa高强度、超高强度钢铁材料，材料应力腐蚀开裂呈氢致开裂型，氢致应力腐蚀敏感性高，是钢铁材料氢致应力腐蚀开裂研究的主要解决方向。
技术实现思路
为解决现有高强度、超高强度钢铁材料应力腐蚀试验周期长、成本高、环境边界条件控制困难、试验一致性差、难以大规模工业生产应用等难题，本专利技术提供一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，适用于抗拉强度≥1200MPa钢铁材料氢致应力腐蚀开裂的快速试验测试，实现高强度、超高强度钢铁快速、高效、高可靠性评价。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，对拉伸试件采用电化学方法进行充氢试验，选择溶液温度≥28℃的3g/LNH4SCN+3%NaCl水溶液，在充氢时间≥70h的情况下，保证材料氢的引入和平衡，其中拉伸试件材料强度≥1200MPa，电流密度10～50A/m2，随着拉伸试件材料强度的增大，充氢电流密封减小，在充氢试验后，对充氢后的拉伸试件采用拉伸速率≥10-2s-1的拉伸试验机进行拉伸试验，拉伸时间小于5min，完成应力腐蚀试验。当拉伸试件材料强度为1200～1300MPa时，电流密度为50A/m2。当拉伸试件材料强度为1300～1400MPa时，电流密度为40A/m2。当拉伸试件材料强度为1200～1300MPa时，电流密度为30A/m2。当拉伸试件材料强度为1500～1700MPa时，电流密度为20A/m2。当拉伸试件材料强度为≥1700MPa时，电流密度为10A/m2。溶液温度为30℃，充氢时间为72h。拉伸试验机的拉伸速度为0.5mm/min～25mm/min。采用通过SEM检查分析断口形貌。本专利技术有益效果是：本专利技术可大幅提高高强度材料应力腐蚀试验效率，降低恒位移、恒载荷、慢应变速率拉伸等试验周期长、过程影响因素复杂等问题。通过本专利技术的实施，加载试验周期从常规恒位移、恒载荷的200h以上，慢应变速率拉伸试验的48h以上，缩短至5min以内，极大的提高了试验效率。本专利技术评价方法采用了不同电流密度充氢和缺口型试样，氢的扩散路径短，缺口前沿静水应力水平高，有效保证可材料局部氢含量的饱和，模拟了工程应用中氢在应力诱导作用下的充分聚集。并结合了SEM检查可充分识别断口模式，有效提高了试验的准确性。附图说明图1为常用钢铁材料的延迟断裂敏感性随抗拉强度的变化图；图2为应力腐蚀拉伸缺口试样示意图。具体实施方式由于氢-材料-应力的交互作用属于材料的本质属性，而氢的扩散聚集属于过程影响因素，并不反映高强度材料的应力腐蚀本质敏感性。工程应用中高强度材料的氢致应力腐蚀开裂也基本发生在屈服强度以下水平，与加载后的宏观塑性变形并无本质联系，表现在断口形貌上为应力腐蚀裂纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，其特征在于：对拉伸试件采用电化学方法进行充氢试验，选择溶液温度≥28℃的3 g/L NH

【技术特征摘要】
1.一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，其特征在于：对拉伸试件采用电化学方法进行充氢试验，选择溶液温度≥28℃的3g/LNH4SCN+3%NaCl水溶液，在充氢时间≥70h的情况下，保证材料氢的引入和平衡，其中拉伸试件材料强度≥1200MPa，电流密度10～50A/m2，随着拉伸试件材料强度的增大，充氢电流密封减小，在充氢试验后，对充氢后的拉伸试件采用拉伸速率≥10-2s-1的拉伸试验机进行拉伸试验，拉伸时间小于5min，完成应力腐蚀试验。


2.如权利要求1所述的一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，其特征在于：当拉伸试件材料强度为1200～1300MPa时，电流密度为50A/m2。


3.如权利要求1所述的一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，其特征在于：当拉伸试件材料强度为1300～1400MPa时，电流密度为40A/m2。


4.如权利要求1所述的一种高强度钢铁材...

【专利技术属性】
技术研发人员：范芳雄，孙永伟，宁天信，王灵水，郑霏，刘鑫，陈亚涛，刘军，梁晓辉，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41