博士论文答辩-高强度螺栓钢延迟断裂行为的研究.ppt

高强度螺栓钢延迟断裂  行为的研究 高强度螺栓钢发展趋势－高强度化 高强度化优点 减少螺栓用量 减轻结构重量 减少装配时间 高强度化主要障碍 －延迟断裂Delayed Fracture(DF) Ref. 松山晋作：遅れ断裂 Delayed Fracture 高强度钢对延迟断裂十分敏感 低合金马氏体钢 UTS≥1200MPa 延迟断裂问题是妨碍机械制造用钢高强度化的一个主要影响因素 国内外概况 日本 住友、神户 (高C、高Ni、Mo －加工性差、成本高) 日本 NIMS－STX-21 (M-Ausforming－工业实现?) 韩国 HIPERS-21 (高C、高Si，等温处理 －屈强比、工业大流程?) 中国 NG STEELS 清华大学 (贝氏体＋残余奥氏体) 钢研总院 (改进的马氏体) 论文的主要研究目的 对高强度螺栓钢的DF行为进行比较系统的研究，明确其主要控制因素 设计出1300MPa级以上的耐DF高强度螺栓钢，并具有良好的经济性、工艺性 螺栓为多缺口件，往往长期受力 二十世纪八十年代，通用汽车640万辆汽车回收! 误用两根12.9级高强度螺栓 耐延迟断裂性能 －研究思路(Delayed Fracture Resistance,DFR) 晶粒超细化对强度韧性的影响 －Cr-Mo-V钢 超细晶粒钢的耐延迟断裂性能 －Cr-Mo-V Steel 应力腐蚀KISCC－42CrMo Steel 晶粒超细化－作用机制 强化晶界 降低应力集中程度，提高氢致裂纹形核门槛应力 晶粒超细化作用机制－1. 晶界强化 理论计算 晶粒细化能够降低晶界P的偏聚量 晶粒细化到1μm左右时产生质的变化 晶粒超细化作用机制－1. 晶界强化 晶粒超细化作用机制 －2 提高裂纹形核门槛应力τc(H) 晶粒超细化－小结 对合金钢通过微合金化和快速加热技术，获得2μm的超细晶粒(低合金钢－~1μm) 研究了超细晶粒钢的力学行为和延迟断裂行为 明显提高钢的强度，改善钢的韧性 TK=319.5-135.7lnDp-1/2 明显改善钢的耐延迟断裂性能 超细晶粒钢DF行为的作用机制进行了探讨 晶界强化(降低P等杂质元素偏析量) 晶粒细化降低应力集中程度; 根据Stroh位错塞积理论，推导出氢致裂纹形核的门槛应力与晶粒尺寸的关系式 晶界控制－改善DF性能思路 洁净度的影响－减少晶界杂质元素偏聚量(低P、S含量；低Mn、Si含量) 提高钢中Mo含量，能够提高晶界结合强度 －EELS(电子能量损失谱)法 0.4C-1.1Cr-0.2Mo Steel: 晶界强度低于基体强度 0.4C-1.1Cr-1.0Mo Steel: 晶界强度高于基体强度 晶界面扫描 0.4C-1.1Cr-1.0Mo Steel 晶界有Mo元素偏聚 证明：Mo元素的晶界偏聚能够强化晶界 Mo元素的影响－DF性能 Mo元素含量的影响 Mo元素含量超过1.15%,高温回火时钢中析出M2C型二次硬化碳化物，Mo元素对晶界的强化作用减弱，DF抗力有所降低 由于析出量较少，高Mo钢的DF抗力仍明显高于不含Mo钢和低Mo钢 强化晶界－改善DF性能思路 42CrMo：淬火＋低温回火(390 ℃)，σb=1500MPa，DFSR很低，330℃等温处理，获得无晶界碳化物的下贝氏体，DFSR显著提高，这表明：晶界薄膜状碳化物的存在提高了DF敏感性 碳化物随回火温度的变化 耐延迟断裂性能随回火温度的变化 晶界强化－小结 减少脆化元素晶界偏聚量可高强度钢DF性能 通过降低钢中P、S、Mn等元素含量而净化晶界能够改善高强度钢的DF性能 通过EELS法证明：Mo元素的晶界偏聚能够提高晶界强度，从而改善钢的DF性能 存在一个改善高强度钢DF性能的最佳Mo量范围 控制晶界碳化物是改善高强度钢DF性能的一种有效手段 晶界薄膜状碳化物的存在显著恶化高强度钢的DF性能 通过高温回火而改变碳化物分布状态，可显著提高DF性能 氢陷