一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法技术

本发明专利技术属于钢力学实验中的单向准静态拉伸测试中的尺寸效应技术领域，具体是一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法。拉伸试样采用横截面为矩形的薄板状试样，试样两端为夹持端，试样中部为矩形标距段，矩形标距段与两端的夹持端之间设置有过渡弧，标距段长度为L0，过渡弧半径表示为R，标距段宽度为b，试样厚度则用T表示，拉伸试样尺寸选择包括L0、R、b和T。与现有非国标小尺寸试样设计相比，本专利可操作性强，主要对于每个尺寸进行近似定量设计。主要对于每个尺寸进行近似定量设计。主要对于每个尺寸进行近似定量设计。

【技术实现步骤摘要】
一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法


[0001]本专利技术属于钢力学实验中的单向准静态拉伸测试中的尺寸效应
，具体是一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法。

技术介绍

[0002]压力容器是化学工业、石油化工、冶金、火力发电厂和宇航等部门的关键设备，它们的工况比较苛刻，多在高温、高压、流体冲刷和腐蚀等条件下运行。反应堆压力容器(RPV)是压水堆核电站全寿期内唯一不可更换的大型设备，被称为“核电站的心脏”。国产RPV钢为A508
‑
3钢。国产的A508
‑
3钢，是一种高强度低碳合金钢。该钢种除了主要元素 Fe以外，还有 C，Mn，Mo，Ni，Cr，V等。
[0003]A508
‑
3钢具有很好的室温塑性，高强度，高韧性，并且耐疲劳，还有良好的焊接性，低温冲击性和抗中子辐射脆性一系列优良性能。鉴于其优良的性能，A508
‑
3钢经常被用在高温高压，中子辐照，流体冲刷的工作环境中，最具代表性的例子就是核反应堆的压力容器钢。
[0004]国产A509
‑
3钢的性能可使用拉伸试验等进行表征，其拉伸性能是重要性能之一。材料在拉伸试验承受轴向准静态拉伸载荷下可测定材料拉伸性能。通过分析拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限σ
e
、断后伸长率A、弹性模量E、比例极限σ
p
、断面收缩率Z、抗拉强度R
m
、屈服点、屈服强度σ
s
和其他拉伸性能指标。常温下金属抗拉性能一般包括抗拉强度R
m
、屈服强度σ
s
(又称为屈服点或规定屈服强度）、伸长率A和断面收缩率Z四个指标。前二者称为强度指标，后二者称为塑性指标。拉伸试验数据分析后，最终得到的拉伸曲线，实际上是载荷－伸长曲线，如图1所示，在这个曲线中有四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。
[0005]拉伸试验是研究钢材拉伸力学性能的重要方法,而现行规范对钢材取样尺寸的规定较为宽泛。拉伸试验是金属力学性能试验中最常见的试验，相同的材料通过不同的拉伸试验过程，得到的结果不一定相同。对于国标样品，由于标准经过反复论证，其尺寸效应影响较小。然而对于非国标拉伸试样，其尺寸影响因素如标距段，截面宽度和厚度等因素对其拉伸性能影响显著，对于试样尺寸不足以设计国标样品的情况，拉伸性能无法保证。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，提供一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法。
[0007]本专利技术采取以下技术方案：一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法，拉伸试样采用横截面为矩形的薄板状试样，试样两端为夹持端，试样中部为矩形标距段，矩形标距段与两端的夹持端之间设置有过渡弧，标距段长度为L0，过渡弧半径表示为R，标距段宽度为b，试样厚度则用T表示，拉伸试样尺寸选择包括L0、R、b和T。
[0008]第一步：确定试样标距段L0的长度，试样标距段L0≤MIN{20 mm, Lc}，其中L
c
为平行段长度，L
c
<L
p
，L
p
为拉伸试样所用坯料长度，20 mm为设定小试样标距最大长度，L
p
≥L
t
，L
t
为试样总长。
[0009]第二步：确定标距段宽度参数b和厚度参数T；首先，指定试样定厚度参数T，T≤T
p
，T
p
为坯料厚度，同时厚度T≥Tc (Tc为临界厚度，小于此值性能会急剧下降，本材料Tc=0.2 mm)，根据公式1计算宽度参数b。
[0010]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中w参数的范围控制在0.14
‑
0.17范围内，同时，宽度参数b还需要满足b≤10T以及0.25L0≤b≤0.5L0。
[0011]第三步：根据公式2确定过渡弧R的尺寸；
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（2）将已设定w参数代入，同时代入固定θ值，θ值在0.15
‑
0.25区间内。
[0012]在第一步中，采用激光引伸计或DIC时，标距段长度L0选择只需满足L0≤MIN{20 mm, Lc}即可；当实验采用引伸计时，还需要满足L0≥L
e
，L
e
为引伸计标距。
[0013]在第三步中，对于θ值选择误差应在
±
0.02内进行可重复拉伸试验。
[0014]与现有尺寸设计标准相比，现有的通用标准试样主要针对大尺寸金属样品，对于标距段小于15 mm的小试样，原标准中由于小尺寸试样对于可对比性以及重复性差。本专利主要针对尺寸不足以制备标准试样的RPV钢，设计了一种拉伸性能可相互比较且重复性高的小尺寸试样优化方法。与现有非国标小尺寸试样设计相比，本专利可操作性强，主要对于每个尺寸进行近似定量设计。
附图说明
[0015]图1为拉伸曲线的四个阶段；图2为拉伸试样图；图3为实施例与对比例应力应变曲线对比图。
具体实施方式
[0016]一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法，拉伸试样采用横截面为矩形的薄板装试样，试样形状如图2所示。拉伸试样采用横截面为矩形的薄板状试样，试样两端为夹持端，试样中部为矩形标距段，矩形标距段与两端的夹持端之间设置有过渡弧，标距段长度为L0，过渡弧半径表示为R，标距段宽度为b，试样厚度则用T表示，拉伸试样尺寸选择包括L0、R、b和T。
[0017]第一步，确定试样标距段L0，对于试样标距选择主要取决于试样材料长度，小尺寸试样标距段L0≤MIN(20mm, Lc) ，L
c
为平行段长度，L
c
<L
p
，（L
p
为试样所用坯料长度，20 mm为设定小试样标距最大长度，L
p
≥L
t
（L
t
为试样总长））；当实验采用引伸计时，L0≥L
e
（L
e
为引伸计标距）。采用激光引伸计或DIC时，标距段长度L0选择只需满足L0≤MIN(20mm, Lc)即可。如材料尺寸较小，只能设计标距段应小于等于15 mm，而需要加的引伸计为12.5 mm，可确定标距为15 mm。
[0018]第二步：确定标距段宽度参数b和厚度参数T；首先，指定试样定厚度参数T，T≤T
p
，
T
p
为坯料厚度，同时厚度T≥Tc (Tc为临界厚度，小于此值性能会急剧下降，本材料Tc=0.2 mm)，根据公式1计算宽度参数b；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中w参数的范围控制在0.14
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RPV钢的小尺寸拉伸试样优化方法，其特征在于：拉伸试样采用横截面为矩形的薄板状试样，试样两端为夹持端，试样中部为矩形标距段，矩形标距段与两端的夹持端之间设置有过渡弧，标距段长度为L0，过渡弧半径表示为R，标距段宽度为b，试样厚度则用T表示，拉伸试样尺寸选择包括L0、R、b和T；第一步：确定试样标距段L0的长度，试样标距段L0≤MIN{20 mm, Lc}，其中L
c
为平行段长度，L
c
<L
p
，L
p
为拉伸试样所用坯料长度，20 mm为设定小试样标距最大长度，L
p
≥L
t
，L
t
为试样总长；第二步：确定标距段宽度参数b和厚度参数T；首先，指定试样定厚度参数T，T≤T
p
，T
p
为坯料厚度，同时厚度T≥Tc (Tc为临界厚度，小于此值性能会急剧下降，本材料Tc=0.2 mm)，根据公式1计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪姣，阴少春，乔珺威，晋玺，张敏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：