落錘試驗測定船板的無塑性轉(zhuǎn)變溫度

1、落錘試驗測定船板的無塑性轉(zhuǎn)變溫度 鄭香增，夏佃秀，李興芳 （濟南鋼鐵集團總公司，山東 濟南 250101） 摘要：無塑性轉(zhuǎn)變溫度是安全設(shè)計的重要參量，廣泛應(yīng)用于材料研究和產(chǎn)品質(zhì)量控制過程。利用落錘試驗方法，測定了AH36級船板的無塑性轉(zhuǎn)變溫度為-25，并對試驗結(jié)果進行了評定。結(jié)果表明，落錘試驗方法簡單，試驗數(shù)據(jù)重復(fù)性好，當船板的服役溫度高于NDTT時，基本保證船板不會發(fā)生脆斷。 關(guān)鍵詞：落錘試驗；無塑性轉(zhuǎn)變溫度；AH36船板；裂紋擴展 中圖分類號：TG115.5+ 6 文獻標識碼：B 文章編號：1004-4620（2004）01-0057-02 Determination of Nil-duc

2、tility Transition Temperature of Ship Plate by Drop Weight Test ZHENG Xiang-zeng, XIA Dian-xiu, LI Xing-fang (Jinan Iron and Steel Group, Jinan 250101, China) Abstract：Nil-ductility transition temperature is an important parameter for safety design and it is wide used in material research and c

3、ontrol process of product quality The nil-ductility transition temperature of AH36 ship plate is -25 which is determined by drop weight test method. The result is stated that the drop weight test is a good and simple method and has good repetitiveness of experimental data. The brittle fracture occur

4、red in AH 36 can be avoided basically when the service temperature is higher than nil-ductility transition temperature. Keywords：drop weight test；nil-ductility transition temperature；AH36 ship plate； crack growth 鐵素體結(jié)構(gòu)鋼的韌性隨溫度下降而降低，當溫度降到某一值時，達到臨界點，此時斷口完全呈結(jié)晶狀脆性斷裂狀態(tài)，這一溫度稱為無塑性轉(zhuǎn)變溫度（NDTT），是以下階能開始上升的溫度定義的韌

5、脆轉(zhuǎn)變溫度，表征含有小裂紋的鋼材在動態(tài)加載屈服應(yīng)力下發(fā)生脆斷的最高溫度。金屬材料的低溫變脆傾向通常是通過系列沖擊試驗求得韌脆轉(zhuǎn)變溫度來評定。普通的沖擊試樣尺寸較小，不能反映實際構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)，不能滿足一些特殊要求。20世紀50年代初，美國海軍研究所W.S.Pellini等人提出了落錘試驗方法，用于測定全厚鋼板的NDTT，以作為評定材料的性能標準。由于試樣厚度與實際使用板厚相同，因此試樣較大，試驗時需要較大的沖擊能能量，故不能采用一般擺錘式?jīng)_擊試驗機，而必須用打擊能量更大的落錘擊斷。落錘試驗是在試樣的拉伸面上堆焊“焊波”并開缺口，該脆性“焊波”在母材內(nèi)引起若干微裂紋作為引發(fā)裂紋源。試驗時，在一

6、定溫度下加載產(chǎn)生脆性裂紋，如果該裂紋未擴展到試樣的一側(cè)認為試樣未開裂，繼續(xù)降溫，直到找出這樣一個溫度，在此溫度下裂紋擴展到試樣的一側(cè)或兩側(cè)才算“斷裂”。故無塑性轉(zhuǎn)變溫度屬于止裂溫度。1試樣制備    試驗材料選用濟南鋼鐵集團總公司中厚板廠（簡稱濟鋼中厚板廠）熱軋AH36船板，厚度為25mm。其化學成分、力學性能見表1、表2。表1 材料的化學成分  %CSiMnPSV0.140.421.270.0170.0180.038表2 力學性能s/MPab/MPa5/%沖擊試驗AKV/J200-20-40-60375515276464383824.712.7試樣制備

7、按照ASTME208-95標準(Standard Test Method for Conducting Dropweight Test to Determine NilDuctility Transition Temperature of Ferritic Steels)，制作P-2型試樣。制作過程包括樣坯的切?。ɡ浼?，橫向）、機械加工、堆焊裂紋源焊道和加工缺口。試樣形狀見圖1、尺寸見表3。2 試驗方法2.1試驗溫度的選擇圖1 試樣形狀表3試樣焊道及缺口的尺寸 mm試樣編號 試樣厚度T 試樣長度L/2 焊道高度a 缺口底高a1 第1組 1 20.1 68.2 4.2 1.8 2 20.0 67

8、.3 4.5 2.0 3 20.0 66.7 4.7 2.0 4 20.2 68.7 4.3 1.9 第2組 1 20.1 68.5 4.5 2.0 2 20.1 66.8 5.1 1.8 3 20.0 68.7 4.2 1.9 4 20.0 68.5 4.3 2.0 試驗制冷設(shè)備為CDC型低溫槽，冷卻介質(zhì)為無水乙醇。每次將兩個試樣放入低溫槽中，根據(jù)估計AH36高強度船板的NDTT，首次試驗將低溫槽設(shè)定在-25，試樣達到設(shè)定溫度后保溫30min以上。后續(xù)試驗應(yīng)根據(jù)結(jié)果調(diào)整試驗溫度，實驗溫度間隔是5的整數(shù)倍。2.2沖擊能量的選擇沖擊能量按錘頭重量乘錘頭落差計算。由于試驗材料屈服強度s為375MP

9、，根據(jù)ASTME208-95標準，s在240400MPa范圍內(nèi)，可選擇沖擊能為350J?？紤]試樣加工精度及試驗機砧座終止臺的影響，為保證試樣的受拉面與所匹配的砧座終止臺相接觸，沖擊能量加70J，總沖擊能為420J。錘頭重量為30.6kg，則可計算出錘頭提升高度為 1.4m。2.3落錘試驗落錘試驗機由垂直導(dǎo)軌、重錘和砧座組成。試樣達到設(shè)定溫度后保溫30min，提升錘頭至1.4m高，迅速將試樣放置在砧座支撐臺上，試樣堆焊裂紋源焊道的面向下作為受拉面，立即釋放錘頭打擊試樣。全過程時間不能超過20s，否則應(yīng)將試樣重新保溫。然后根據(jù)試驗結(jié)果評定，進行后續(xù)試驗。3試驗結(jié)果及討論  &#

10、160; 根據(jù)標準規(guī)定，試樣拉伸側(cè)表面裂紋擴展到一側(cè)邊或兩側(cè)邊判為“斷裂”。如果裂紋未擴展到試樣的任何一側(cè)邊,則判為“未斷裂”。試驗結(jié)果評定如表4、表5。表4 第1組試驗結(jié)果評定試樣編號 溫度/ 打擊能/J 斷裂情況 NDTT 3 -25 420 未斷裂 -25°C 2 -25 420 未斷裂 1 -30 420 斷裂 表5 第2組試驗結(jié)果評定試樣編號 溫度/ 打擊能/J 斷裂情況 NDTT 2 -25 420 未斷裂 -25°C 3 -25 420 未斷裂 4 -30 420 斷裂 第1組，在-25時2號、3號兩個試樣裂紋都未擴展到一側(cè)邊，而在-30時4號試樣裂紋擴展到兩

11、側(cè)邊，確定試驗材料的NDT溫度為-25。第2組，在-25時1、2號兩個試樣拉伸側(cè)表面裂紋都未擴展到一側(cè)邊，而在-30時3號試樣裂紋擴展到兩側(cè)邊，確定該試驗材料的NDTT為-25。根據(jù)兩組試驗結(jié)果，判定材料的NDTT相同，說明試驗數(shù)據(jù)重復(fù)性好。用以上落錘試驗方法測定出材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度，就可以確定材料的使用溫度。可以求得在設(shè)計應(yīng)力下，防止脆性斷裂所允許的最大裂紋尺寸，或者由裂紋尺寸來得到發(fā)生脆斷的最小應(yīng)力。    由于NDTT反映的是鋼板的韌性指標，因此要降低船板的NDTT，首先應(yīng)該從改善鋼的本質(zhì)出發(fā)，純凈鋼質(zhì)，減少鋼中夾雜物含量，嚴格控制S、P含量；其次，利用鈣處理改變夾雜物的形態(tài)，鈦處理技術(shù)可以對夾雜物進行變性處理；此外，利用Nb、V、Ti微合金化技術(shù)，配合控制軋制工藝或熱處理工藝，得到細晶組織，可以使鋼板獲得較高的韌性，也是降低船板的無塑性轉(zhuǎn)變溫度的重要措施。用落錘試驗方法測定出材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度，就可以確定船板的使用