一種低屈服比高強(qiáng)度低合金鋼動態(tài)斷裂行為的研究.pdf

1、寶鋼研究院結(jié)構(gòu)鋼研究所開發(fā)成功一種建筑用的低屈服比高強(qiáng)度低合金鋼。為了保證低屈服比，該鋼種在設(shè)計時借鑒了雙相鋼的組織特點，是由鐵素體與馬氏體構(gòu)成的雙相組織。為了了解該鋼種在受到地震等沖擊載荷時的使用潛力和變形機(jī)理，保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，本文以該鋼種為對象，通過儀器化沖擊試驗，研究了溫度和微觀組織對其沖擊韌性的影響。并通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗和沖擊拉伸試驗，研究了室溫下，動態(tài)沖擊載荷對該鋼力學(xué)性能、變形行為、斷裂機(jī)理的影響。研究結(jié)果對該鋼種的開

2、發(fā)與機(jī)理研究具有重要參考意義，對于完善該鋼種的用戶使用技術(shù)具有重要作用。主要研究結(jié)果如下： 試驗用鋼均為主要由針狀鐵素體利馬氏體構(gòu)成的雙相組織，組織中還有少量殘余奧氏體。A鋼中的馬氏體主要呈島狀分布，B鋼中的馬氏體則主要呈纖維狀，以不同位向成束分布于鐵素體基體上。A鋼、B鋼的晶粒尺寸相同(約2μm)，馬氏體體積分?jǐn)?shù)相近(分別為13.2％、14.2％)。室溫下，B鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別為543MPa、716MPa，均比A鋼的低

3、；B鋼的延伸率、斷面收縮率分別為17.6％、67％，均高于A鋼的。這與B鋼馬氏體中的碳含量(0.35％)低于A鋼的(0.60％)、馬氏體呈纖維狀以不同位向成束分布有關(guān)。 隨著溫度降低，兩組鋼的沖擊吸收功E<,t>下降，裂紋擴(kuò)展功E<,p>降低，均表現(xiàn)出明顯的低溫脆性效應(yīng)。隨著溫度降低，兩組鋼的斷裂模式均由微孔聚集型的延性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖拙奂c準(zhǔn)解理的混合斷裂。在20℃、-20℃、-40℃下，B鋼均比A鋼具有更高的沖擊吸收功E<'t

4、>、裂紋形成功E<,i>、裂紋擴(kuò)展功E<,p>，呈現(xiàn)出平面應(yīng)力狀態(tài)的韌性啟裂傾向，沖擊韌性更好，低溫脆性程度低于A鋼。這與B鋼中的馬氏體呈不同位向的纖維束狀分布，能夠減小馬氏體對周圍鐵素體的約束度、提高馬氏體/鐵素體兩相間的應(yīng)力傳遞效率、將裂紋的擴(kuò)展限制在不同范圍內(nèi)有關(guān)。 室溫下，A鋼在沖擊拉伸載荷下表現(xiàn)出強(qiáng)化效應(yīng)。在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸(10<'-2>s<'-1>)下，A鋼表現(xiàn)出連續(xù)屈服特點，屈服和抗拉強(qiáng)度分別為569MPa、844MP

5、a；在沖擊拉伸(名義應(yīng)變速率10<'-2>s<'-1>)下，屈服強(qiáng)度提高31.6％，抗拉強(qiáng)度提高8.4％，延伸率不降低。 加載方式影響A鋼中顯微空洞的形成和長大方式。在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸下，顯微空洞可在鐵素體、鐵素體/馬氏體相界面處、馬氏體粒子處形成，主要在兩相界面處形成；空洞主要通過兩相界面的脫開進(jìn)入鐵素體而長大，馬氏體粒子保持完好。在沖擊拉伸下，顯微空洞可在鐵素體/馬氏體相界面處、馬氏體粒子處形成，主要在兩相界面處形成；兩相界面處的