[发明专利]一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法

说明书

一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法，对拉伸试件采用电化学方法进行充氢试验，选择溶液温度≥28℃的3 g/L NH₄SCN +3% NaCl水溶液，在充氢时间≥70h的情况下，保证材料氢的引入和平衡，其中拉伸试件材料强度≥1200 MPa，电流密度10～50A/m²，随着拉伸试件材料强度的增大，充氢电流密封减小，在充氢试验后，对充氢后的拉伸试件采用拉伸速率≥10^‑2s^‑1的拉伸试验机进行拉伸试验，拉伸时间小于5min，完成应力腐蚀试验。适用于抗拉强度≥1200MPa钢铁材料氢致应力腐蚀开裂的快速试验测试，实现高强度、超高强度钢铁快速、高效、高可靠性评价。

技术领域

本发明属于钢铁材料性能测试及失效研究领域，具体说的是一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法。

背景技术

为节约资源、降低成本、满足轻量化设计等要求，钢铁结构材料的强度不断提高。但在实际应用中发现，高强度结构钢在强度超过一定水平后，在服役环境的联合作用下会发生加载应力远低于屈服强度条件下应力腐蚀开裂现象，如图1所示，使得结构材料超高强度化失去工程应用的现实意义。通常认为强度超过1200MPa的钢铁材料属于超高强度钢，传统超高强度钢除在航空航天、矿山机械耐磨零部件等特殊领域大量应用外，作为结构材料工程应用极少。近年来，随着钢铁材料设计及制造技术的进步及工程设计对超高强度材料应用需求的提高，民用建筑、机械等行业等领域也逐步开始尝试应用超高强度钢铁材料。钢铁材料高强度、超高强度化成为研究热点，超高强度钢被大量开发。但评价超高强度钢应力腐蚀的试验方法发展缓慢。

人们为评价高强度钢、超高强度钢工程应用可靠性和材料延迟断裂的敏感性，开发了众多应力腐蚀试验方法。目前主要应用的通用标准有ISO 7539，ASTM G系列等标准。在航空航天、油气开采、预应力结构等领域也制定了众多的具有行业应用特点的应力腐蚀试验评价标准，如NACE TM 0177、ISO 15630-3、ECSS-Q-70-37A等标准。我国GB/T 15970《金属和合金的腐蚀－应力腐蚀试验》系列等同采用ISO 7539标准。在ISO 7539标准中根据加载形式可分为：恒位移、恒载荷、慢应变速率拉伸、渐变位移/载荷法。这些方法均是在无应变速率或慢应变速率下实施，以实现导致高强度、超高强度钢铁材料氢致应力腐蚀开裂核心影响因素氢元素的充分扩散聚集。采用无应变速率或慢应变速率试验虽能够较好的评价钢铁材料的延迟断裂敏感性，但试验周期长、设备占用率高，难以实施材料大规模、多状态条件的试验测试。且由于长周期试验中影响因素多、试验过程控制复杂，试验数据离散、试验数据样本少且存在大量截尾数据。不但试验成本高昂，而且数据分析难度大，难以高效准确评价高强度材料的应力腐蚀敏感性。

近年来，在标准应力腐蚀方法基础上，也发展了大量新型应力腐蚀试验测试方法，以符合特殊环境工况和应用的检测需要，但这些专利大部分是在应力加载工装结构上或环境加载装置上进行改进优化，如增加阴极保护装置，采用高温高压釜及流体控制系统调节实验环境及设计实验加载装置等，并未解决实验过程中为保证氢的充分扩散和聚集导致的应力腐蚀试验周期过长等难题。如CN101109691A金属杆体材料应力腐蚀试验装置及其试验方法中介绍了采用螺母加载的恒位移应力应力腐蚀试验方法。CN105954179A一种测量金属材料元素硫应力腐蚀开裂敏感性的试验方法中介绍了采用弯曲的方法进行试样加载,属于恒位移法进行加载。CN105987847A海洋环境中阴极保护下的钢材氢脆试验装置及试验方法中介绍了采用恒应力法进行加载；CN105987847A一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法中介绍的也是通过螺母进行恒位移法进行加载。