[發明專利]一種高強度鋼鐵材料應力腐蝕試驗方法

在審

• 申請號: 202110043245.2
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112881117A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 范芳雄;孫永偉;寧天信;王靈水;鄭霏;劉鑫;陳亞濤;劉軍;梁曉輝
• 申請（專利權）人: 洛陽雙瑞特種裝備有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/32;G01N3/08
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 宋晨煒

一種高強度鋼鐵材料應力腐蝕試驗方法，對拉伸試件采用電化學方法進行充氫試驗，選擇溶液溫度≥28℃的3 g/L NH₄SCN +3% NaCl水溶液，在充氫時間≥70h的情況下，保證材料氫的引入和平衡，其中拉伸試件材料強度≥1200 MPa，電流密度10～50A/m²，隨著拉伸試件材料強度的增大，充氫電流密封減小，在充氫試驗后，對充氫后的拉伸試件采用拉伸速率≥10^?2s^?1的拉伸試驗機進行拉伸試驗，拉伸時間小于5min，完成應力腐蝕試驗。適用于抗拉強度≥1200MPa鋼鐵材料氫致應力腐蝕開裂的快速試驗測試，實現高強度、超高強度鋼鐵快速、高效、高可靠性評價。

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料性能測試及失效研究領域，具體說的是一種高強度鋼鐵材料應力腐蝕試驗方法。

背景技術

為節約資源、降低成本、滿足輕量化設計等要求，鋼鐵結構材料的強度不斷提高。但在實際應用中發現，高強度結構鋼在強度超過一定水平后，在服役環境的聯合作用下會發生加載應力遠低于屈服強度條件下應力腐蝕開裂現象，如圖1所示，使得結構材料超高強度化失去工程應用的現實意義。通常認為強度超過1200MPa的鋼鐵材料屬于超高強度鋼，傳統超高強度鋼除在航空航天、礦山機械耐磨零部件等特殊領域大量應用外，作為結構材料工程應用極少。近年來，隨著鋼鐵材料設計及制造技術的進步及工程設計對超高強度材料應用需求的提高，民用建筑、機械等行業等領域也逐步開始嘗試應用超高強度鋼鐵材料。鋼鐵材料高強度、超高強度化成為研究熱點，超高強度鋼被大量開發。但評價超高強度鋼應力腐蝕的試驗方法發展緩慢。

人們為評價高強度鋼、超高強度鋼工程應用可靠性和材料延遲斷裂的敏感性，開發了眾多應力腐蝕試驗方法。目前主要應用的通用標準有ISO 7539，ASTM G系列等標準。在航空航天、油氣開采、預應力結構等領域也制定了眾多的具有行業應用特點的應力腐蝕試驗評價標準，如NACE TM 0177、ISO 15630-3、ECSS-Q-70-37A等標準。我國GB/T 15970《金屬和合金的腐蝕－應力腐蝕試驗》系列等同采用ISO 7539標準。在ISO 7539標準中根據加載形式可分為：恒位移、恒載荷、慢應變速率拉伸、漸變位移/載荷法。這些方法均是在無應變速率或慢應變速率下實施，以實現導致高強度、超高強度鋼鐵材料氫致應力腐蝕開裂核心影響因素氫元素的充分擴散聚集。采用無應變速率或慢應變速率試驗雖能夠較好的評價鋼鐵材料的延遲斷裂敏感性，但試驗周期長、設備占用率高，難以實施材料大規模、多狀態條件的試驗測試。且由于長周期試驗中影響因素多、試驗過程控制復雜，試驗數據離散、試驗數據樣本少且存在大量截尾數據。不但試驗成本高昂，而且數據分析難度大，難以高效準確評價高強度材料的應力腐蝕敏感性。

近年來，在標準應力腐蝕方法基礎上，也發展了大量新型應力腐蝕試驗測試方法，以符合特殊環境工況和應用的檢測需要，但這些專利大部分是在應力加載工裝結構上或環境加載裝置上進行改進優化，如增加陰極保護裝置，采用高溫高壓釜及流體控制系統調節實驗環境及設計實驗加載裝置等，并未解決實驗過程中為保證氫的充分擴散和聚集導致的應力腐蝕試驗周期過長等難題。如CN101109691A金屬桿體材料應力腐蝕試驗裝置及其試驗方法中介紹了采用螺母加載的恒位移應力應力腐蝕試驗方法。CN105954179A一種測量金屬材料元素硫應力腐蝕開裂敏感性的試驗方法中介紹了采用彎曲的方法進行試樣加載,屬于恒位移法進行加載。CN105987847A海洋環境中陰極保護下的鋼材氫脆試驗裝置及試驗方法中介紹了采用恒應力法進行加載；CN105987847A一種內平衡式預應力錨索應力腐蝕試驗系統及其試驗方法中介紹的也是通過螺母進行恒位移法進行加載。