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1、低溫預(yù)裂紋下 Q345R 鋼動(dòng)態(tài)斷裂韌性的分析
摘 要： Q345R 鋼是典型壓力容器用鋼。本文通過對(duì) 預(yù)裂紋下 Q345 鋼在低溫下的動(dòng)態(tài)斷裂韌性進(jìn)行了分析，得 出了低溫條件下，無預(yù)裂紋的標(biāo)準(zhǔn)夏比試件要比預(yù)裂紋的夏 比試件的動(dòng)態(tài)斷裂韌性關(guān)系：無預(yù)裂紋的標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊試件 要比預(yù)裂紋的夏比沖擊試件的動(dòng)態(tài)斷裂韌性偏高且約為無 預(yù)裂紋標(biāo)準(zhǔn)夏比試件的 2.4 倍。本文結(jié)論可推廣到其他脆性 材料的情況。
關(guān)鍵詞： 動(dòng)態(tài)斷裂韌性； 預(yù)裂紋； 示波沖擊試驗(yàn)； 低溫； Q235 鋼
引言
低溫壓力容器往往需要在高壓下實(shí)現(xiàn)油氣的運(yùn)輸和儲(chǔ) 存，其內(nèi)的介質(zhì)大都為易燃易爆有毒的液態(tài)氣體。壓力容器 在低溫條件下
2、表現(xiàn)出低溫冷脆的特性，在實(shí)際工程中，經(jīng)常 遇到地震、爆炸、碰撞或運(yùn)行過程中動(dòng)載荷的沖擊，其主要 失效往往是由于疲勞裂紋的存在，引起低溫脆性斷裂。材料 的動(dòng)態(tài)斷裂韌性 KID 為裂紋體在動(dòng)載作用下的起裂韌性， 是 材料的韌性參數(shù)。動(dòng)態(tài)斷裂韌性可以彌補(bǔ)材料基本參數(shù)靜態(tài) 斷裂韌性 KIC 沒有考慮動(dòng)載荷的影響的不足。
1 動(dòng)態(tài)斷裂韌性計(jì)算公式
2 低溫 Q345R 動(dòng)態(tài)斷裂韌性實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
低合金鋼 Q345R 鋼是 GB150.2-2011 標(biāo)準(zhǔn)中的典型壓力 容器用鋼，具有較好的韌性和強(qiáng)度，是我國石油化工設(shè)備制 造中使用量最大的一種鋼用于制造各類中低壓壓力容器。
表 1 Q34
3、5R 鋼板的化學(xué)成分（ % ）
2.2 試驗(yàn)方法
將試件加工成夏比沖擊試樣， 具體尺寸為厚度 B=10mm ， 寬度 W=10mm ；長(zhǎng)度 L=55mm ；跨距 S=40mm ；切口角度為 45,切口長(zhǎng)度為2mm，線切割一定深度，在此基礎(chǔ)上預(yù)制 一定長(zhǎng)度的疲勞裂紋。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) ASTM E23-02a 《金屬材料 缺口試樣標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》 提供的夏比 V 型缺口試樣疲勞裂紋 預(yù)制方法制備疲勞裂紋。為了研究預(yù)裂紋下夏比沖擊試樣測(cè) 得的動(dòng)態(tài)斷裂韌性與標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊試樣測(cè)得的動(dòng)態(tài)斷裂韌 性的關(guān)系，取預(yù)制裂紋和不預(yù)制裂紋 2 類夏比沖擊試樣進(jìn)行 低溫條件下的動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)，同時(shí)，為了研究不同裂紋深度 對(duì)動(dòng)
4、態(tài)斷裂韌性的影響，裂紋比分別選擇為 =0.2， 0.3， 0.4， 0.5 四種。
表 2 夏比動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)試件
將試樣在液氮和酒精相混合到 -40 C,并將試件放于其 中浸泡一定時(shí)間直到試樣溫度與液體 ?囟冉詠 ?一致時(shí)取出在 3s內(nèi)將其沖斷。具體操作根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 229-2007《金屬材
料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》中的步驟進(jìn)行。文獻(xiàn) [1] 中使用
ZBC2452 金屬擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)在常溫下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)， 示波 沖擊試驗(yàn)機(jī)的最大沖擊速度均為 V=5.23m/s 。該試驗(yàn)機(jī)配有 微型計(jì)算機(jī)， 能夠自動(dòng)記錄下沖擊時(shí)的載荷 - 位移曲線或載 荷- 時(shí)間曲線。
2.3 結(jié)果分析
由
5、于不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過文獻(xiàn) [1] 中只得到了試件 1、試 件 3 的數(shù)據(jù)。
3 結(jié)論
綜上所述，可以的出以下結(jié)論：
1、 -40 C時(shí)，Q345鋼試件0和試件3的動(dòng)態(tài)斷裂韌性 分別為 =9.2 和 說明低溫條件下， 無預(yù)裂紋的標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊 試件要比預(yù)裂紋的夏比沖擊試件的動(dòng)態(tài)斷裂韌性偏高。
2、 -40 C， Q345R 實(shí)驗(yàn)鋼時(shí)在一定的裂紋深度范圍內(nèi)， 測(cè)得的預(yù)裂紋夏比沖擊試件的動(dòng)態(tài)斷裂韌性是穩(wěn)定的，約為 無預(yù)裂紋標(biāo)準(zhǔn)夏比試件的 2.4 倍。
3、 疲勞裂紋的存在對(duì)低溫壓力容器的沖擊斷裂韌性的 削弱很大。
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低溫預(yù)裂紋下Q345R鋼動(dòng)態(tài)斷裂韌性的分析
