H2S应力腐蚀对16MnR钢冲击韧性的影响研究

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2! 3 应力腐蚀对 )-456 钢冲击韧性的影响研究 不同程度应力腐蚀损伤试样的冲击韧性特性
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性能缓慢变化。 （,） 从载荷位移曲线 （见图 , ， 可以看出， .） ’*+ ’ 损伤试样和未经损伤试样的载荷位移曲线的形状是 基本相同的。因为损伤过的试样其弹性力小于未经 损伤试样所承受 的 力， 因而导致其载荷位移曲线以 下所包含的面积 （即冲击功） 也小于未经损伤试样载 荷位移曲线所包含的面积。
腐蚀时间和 弹性力 屈服力 最大力 弹性功 塑性功 冲击值 （ "#） %（ （ $） 损伤程度 !（ " "#） !（ # "#）! $ " $） %（ & $） % %& ’(， ’’ .0(， ’*)’ 1-(， ’*!’ )..(， ’*,’ )1!(， ’*.’ !.’(， ’*+’ !00(， ’*-’ )) * +, )) * .+ )) * )/ )’ * ’+ 0 * 11 0 * -/ - * 0+ )) * -! )) * -. )) * ,1 )’ * ’0 1 * !) 0*/ / * )0 ). * -). * ++ ). * .! )) * )) * !. )’ * )0 / * 10 - * .) + * -+*/ + * !. * !) . * 0! , * -! )./ * .! )!0 * ’) )’! * /! 1- * ,! 0+ * 1 1/ * 0/ 0+ * ’! !!’ !’)-0 )./ )/+ )+’ )+!
表# 质量分数 #!$%& ) , 5 #!/ 试样的化学成分 => , 5 0#: $% # 5 4#
试验过程 装好试 样， 先 以 #,, 6G @ 6>% 的 流 量 通 入 ’: / H
左右， 将溶液中 的 氧 排 尽。 把 腐 蚀 溶 液 的 容 器 两 端 密封， 然后再以 #,, I :,, 6G @ 6>% 的流量通入 A: =
（<） 8 , 5 ,#. = , 5 ,#"
， 应 力 腐 蚀 有 0 种 试 验 方 法： 标 准 拉 伸 试 验、 标
准弯 曲 梁 试 验、 标 准 ) 型 环 试 验， 标准双悬臂梁 （ 1)2） 试 验。 本 文 采 用 标 准 弯 曲 梁 试 验， 试样经过 一定程度的硫化氢应力腐蚀后， 在 32) - 4,, 电 子 测 力冲击实验机上进行夏比冲击试验。 #5# 试验材料 试验材料为 低 合 金 容 器 结 构 用 钢 #!$%&， 采用 正火， 厚度为 #/ 66 热轧钢板。其力学性能为： !! 7 0., $89， !" 7 4:; $89。化学成分见表 # 。
这一现象可以认为是试样经过硫化氢应力腐蚀 后， 试样内逐步产生微观裂纹， 微观裂纹对试样的强 度和韧性起到了削弱作用， 因而损伤程度越严重， 试 样的 弹 性 力、 屈 服 力、 最 大 力、 弹 性 功、 塑 性 功、 冲击 值下降得就越明显。宏观上虽然没有发现应力腐蚀 缺陷， 但此时材料 因 应 力 腐 蚀 而 产 生 的 损 伤 已 经 存 在， 冲击性能的这种变化反映了材料损伤的存在。 另外， 从 图 ! 可 以 看 出， 在 ’ 7 ’ * , ’ 损 伤 之 间， 曲线下降得最快， 所以可以认为 ’ * , ’ 损伤为 )-456 硫化氢应力腐蚀 的 损 伤 极 限； 此极限以前的损伤对 试样冲击性能的影响最快， 超过此极限， 试样的冲击 ・ ). ・
［.］ ， 为了适应应力腐蚀的需要而将 ?2 @ + ::. — #..0
腐蚀损伤后， 用冲击试样的方法来反映其损伤程度。 # 试验研究 根据美 国 腐 蚀 协 会 ’()* 的 +$,#"" - #..! 标 准
［/］
其加长到 .! 66 （见 图 # ） ； 应 力 腐 蚀 结 束 后， 要做夏 比冲击时， 再将试 样 截 成 长 为 ;; 66 的 标 准 夏 比 冲 击试样。 试验 溶 液： ’()* 溶 液：用 去 离 子 水 配 置 , 5 ; < （ 饱和） 溶液； )A4 )BBA C A: = 试验温度： 常温； 试验应力： 通过 #, D # 的 加 载 力 臂 加 上 :, EF 的 砝码， 由文献 ［#4］ 得 到 图 # 试 样 的 应 力 集 中 系 数 #$ 试 样 缺 口 根 部 的 应 力 约 为 :", $89， 即 7 # 5 "; ， ,5/ !% 。 #54
图#
硫化氢应力腐蚀用试样的尺寸及形状
至少 :, 6>% ， 溶 液 即 可 达 到 饱 和 状 态。 加 载 预 定 的 砝码， 记录试验开始时间。硫化氢应力腐蚀期间， 每 升溶 液 每 周 要 以 #,, I :,, 6G @ 6>% 的 流 量 补 充 4 次， 每次 :, I 4, 6>%。硫化氢应 力 腐 蚀 结 束 后， 将经 过腐蚀的试样截 短 成 夏 比 冲 击 试 样， 再进行夏比冲 击试验。 : :5# 试验结果与分析 试验结果
图.
’ * + ’ 硫化氢应力腐蚀损伤试样的载荷位移曲线
,
结论 （)） )-456 钢在硫化氢应力腐蚀裂纹产生 前 材
料损伤的存在和 程 度， 可以通过夏比缺口冲击特性 值来描述。 （!） 采用 #89: 标准弯曲梁试验法， 揭示了硫化 氢应力腐蚀损伤程度的不同， 冲击韧性变化规律； 试
图! 冲击值、 裂纹起始功与损伤程度的关系
（!） 从表 ! 可以看出， 硫化氢应力腐蚀 损 伤 会 导 致冲击韧性的 显 著 改 变， 且 总 体 呈 下 降 趋 势。 从 图 与未经硫化氢应力腐蚀损伤的原始状 ! 可以看出， 态试样相比， 损伤后试样的塑性功 （即裂纹起始功） 、 冲击值都有比较明显的下降趋势。
图,
未经损伤试样的载荷位移曲线
中图分类号： 12$3+ ； 12$$4 5 "% 文献标识码： 文章编号： （"**)） $**$ 6 374) *4 6 **$" 6 *4
!"#"$%&’ () *’" +),-.")&" (, /.-,01" /*%"## 2(%%(#0() () +34$&* 5(.6’)"## (, $%7)! /*""8+ 9’")， 8+: ;.( 6 1()6 （ #89::; :< &=89>’?8>; /’@?’==A?’@， B?C>’ #9?D:E F’?G=AH?ID， B?C>’ )$**%+ ， .9?’>） <=#*%$&*： J’ :AK=A I: K=H8A?L= I9= K>M>@= K=@A== :< HE;<?K= HIA=HH 8:AA:H?:’ 8A>8N?’@（ ##..）:< $%&’( HI==; ， ,-./ HI>’K>AK L=’I 6 L=>M I=HI O>H >K:PI=K I: HIEKD I9= ?MP>8I I:E@9’=HH :< $%&’( HP=8?M=’ ><I=A K?<<=A=’I =QI=’I ##.. K>M>@=K ?’ H>IEA>I=K !" # H:;EI?:’ 0 19= A=HE;IH A=G=>; I9>I O?I9 K?<<=A=’I K=@A== ##.. K>M>@=K， I9= ?MP>8I I:E@9’=HH >A= K?HI?’8I ，>’K I9= ?MP>8I I:E@9’=HH >A= K=8A=>H?’@ >;:’@ O?I9 ?’8A=>H?’@ :< K>M>@= =QR I=’I 0 S9=’ K>M>@= I?M= ?’8A=>H= > 9>;< :< ##.. I?M=，M>8A:H8:P?8>;;D 8A>8NH HI>AI I: >PP=>A :’ HP=8?M=’ 0 -I I9= H>M= I?M=，?I >;H: PA:G?K=K >’ =QP=A?M=’I I: A=H=>A89 :I9=A HI==; O?I9 K>M>@= ?K=> 0 >"? @(%1#： $%&’(； ##.. K>M>@=； ?MP>8I I:E@9’=HH
分别做了 , ， :， 0， !， /， #, ， #: ， :# 天 的 硫 化 氢 应 力腐蚀。从第 #, 天 的 试 样 可 以 肉 眼 看 见 微 小 的 裂 纹出现， 直至 第 :# 天， 试 样 断 裂。 所 以 可 以 定 一 个 完全损伤周期 & 7 :# 天， 即 ;,0 H 。 断 裂 后 的 试 样， 可以明显的看到缺口处的纵向裂纹和分布很多的横 向开裂裂纹。其它经过若干小时硫化氢应力腐蚀的 试样， 虽然没有肉眼可见的裂纹， 但是已经存在损伤 这一事实。然后终止这些试样的硫化氢应力腐蚀试 验， 再做夏比冲击试验， 冲击试样数据见表 : 。 :5: 分析 ・ #4 ・
［4 ， 3］
微损伤在材料的 某 一 部 位 集 中 积 累 演 化， 这往往就 成为宏观破裂的先兆。材料从微损伤到破坏要经历
。
基金项目： 陕西省教育厅专项科研项目 （ *+TU")V）