论文中文题名: | 316不锈钢的塑性硬化对应力腐蚀影响的研究 |
姓名: | |
学号: | G12011 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085500 |
学科名称: | 工学 - 机械 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 矿山机电工程 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2022-05-25 |
论文答辩日期: | 2021-12-01 |
论文外文题名: | Effect of Plastic Hardening of 316 Stainless Steel on Stress Corrosion |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | stress corrosion cracking ; plastic hardening ; mechanical property ; driving force of crack growth ; 316 stainless steel |
论文中文摘要: |
316不锈钢管道和压力容器在制造、焊接和装配等过程中不可避免的会产生塑性变形导致的塑性硬化,塑性硬化不仅影响材料的力学性能,而且影响材料服役过程中应力腐蚀裂纹尖端应力应变场及裂纹扩展驱动力变化规律,为了研究316不锈钢塑性硬化对应力腐蚀规律的影响,采用实验、理论和有限元相结合的方法分析了塑性硬化对316不锈钢应力腐蚀裂纹扩展驱动力的影响,主要研究内容如下: (1) 利用实验获得316不锈钢的应力应变曲线,并分析不同塑性硬化程度的316不锈钢的屈服强度和硬化指数的分布规律;研究316不锈钢的塑性硬化和维氏硬度的变化规律,在分析材料力学性能的基础上,建立材料屈服强度和维氏硬度的关系;利用扫面电镜观察不同预拉伸量316不锈钢的断口形貌,对断口进行对比分析。 (2) 建立有限元模型,在实验数据的基础上,分析316不锈钢的不同力学参量和材料的塑性硬化对裂纹尖端应力应变场的影响规律,分析材料屈服强度和硬化指数对应力腐蚀裂纹尖端Mises应力场、拉伸应力场、等效塑性应变场和拉伸应变场的影响,进一步研究了材料塑性硬化对应力腐蚀裂纹尖端力学场的影响规律。 (3) 研究应力腐蚀裂纹扩展驱动力的力学参量,分析316不锈钢的屈服强度和硬化指数对应力腐蚀裂纹尖端应力三轴度、裂纹尖端应变率、裂纹尖端的蠕变率的影响及裂尖应力三轴度、应变率和蠕变率对材料力学参量的敏感性;研究了316不锈钢塑性硬化对裂纹尖端应力三轴度、应变率和蠕变率的影响;并比较分析出合理的裂纹扩展驱动力力学参量。 (4) 结合实验研究管道焊接接头热影响区的塑性硬化规律,并分析了热影响区的塑性硬化对融合线上应力腐蚀裂纹尖端应力应变场的影响,研究了对热影响区的塑性硬化对融合线上应力腐蚀裂纹尖端裂纹扩展驱动力的影响。 |
论文外文摘要: |
316 stainless steel pipes and pressure vessels will inevitably produce plastic hardening caused by plastic deformation during the manufacturing, welding and assembly processes. Plastic hardening not only affects the mechanical properties of the material, but also affects the stress-strain field at the tip of the stress corrosion crack and the law of the driving force of crack propagation during the service process of the material. In order to study the effect of plastic hardening of 316 stainless steel on the stress corrosion law, the influence of plastic hardening on the driving force of stress corrosion crack growth of 316 stainless steel was analyzed by a combination of experiment, theory and finite element method. The main research contents are as follows: (1) Use experiments to obtain the stress-strain curve of 316 stainless steel, and analyze the distribution law of yield strength and hardening index of 316 stainless steel with different degrees of plastic hardening. Study the change law of plastic hardening and Vickers hardness of 316 stainless steel, and establish the relationship between material yield strength and Vickers hardness based on the analysis of material mechanical properties. Scanning electron microscope was used to observe the fracture morphology of 316 stainless steel with different pre-stretching amount, and the fracture was compared and analyzed. (2) Establish a finite element model, and analyze the influence of different mechanical parameters of 316 stainless steel and the plastic hardening of the material on the stress and strain field at the crack tip based on the experimental data. Analyze the influence of material yield strength and hardening index on the stress corrosion crack tip Mises stress field, tensile stress field, equivalent plastic strain field and tensile strain field, and further study the influence of material plastic hardening on the stress corrosion crack tip mechanical field . (3) Study the mechanical parameters of stress corrosion crack growth driving force, analyze the influence of the yield strength and hardening index of 316 stainless steel on the stress triaxiality of the stress corrosion crack tip, the strain rate of the crack tip, and the creep rate of the crack tip. The sensitivity of crack tip stress triaxiality, strain rate and creep rate to material mechanical parameters is analyzed. It also compares and analyzes the reasonable mechanical parameters of the crack propagation driving force. (4) Combining experiments to study the law of plastic hardening in the heat-affected zone of pipe welded joints, and analyze the influence of the plastic hardening of the heat-affected zone on the stress-strain field at the tip of the stress corrosion crack on the fusion line. The effect of plastic hardening of the heat-affected zone on the driving force of stress corrosion crack tip crack propagation on the fusion line is studied. |
参考文献: |
[1]吴永忠, 卢金斌. 服役环境对X70管线钢应力腐蚀开裂敏感性研究[J]. 材料科学与工艺(网络首发版). 2019. [2]班慧勇, 杨凯华, 梅镱潇. 不锈钢复合钢材及其焊接接头耐腐蚀性能试验研究[J]. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2021, 54(2): 111-121. [3]戴哲峰. 316L 不锈钢在复杂介质环境中的应力腐蚀试验研究[D]. 浙江工业大学, 2009. [4]肖纪美. 不锈钢中的金属学问题[M]. 冶金工业出版社, 1983. [6]赵密锋, 付安庆, 秦宏德, 谢俊峰, 谢刚, 龙岩, 李岩, 王华. 高温高压气井管柱腐蚀现状及未来研究展望[J]. 表面技术, 2018, 47(6): 44-50. [7]贾玉杰. 冷变形316L奥氏体不锈钢在H2S环境中的应力腐蚀敏感性研究[D]. 中国石油大学, 2019. [8]姜云禄, 杨亮, 韩晓辉, 徐野, 陈怀宁, 蔡桂喜. 运行条件对不锈钢点焊疲劳性能影响及开裂分析[J]. 中国机械工程, 2021, 32(14): 1726-1731. [9]刘传森, 李壮壮, 陈长风. 不锈钢应力腐蚀开裂综述[J]. 表面技术, 2020, 49(3):1-13. [10]薛艳, 赵密锋, 吕祥鸿, 谢俊峰, 赵国仙, 李丹平. 不锈钢管应力腐蚀开裂的评价方法[J]. 腐蚀与防护, 2018, 39(5): 340-343. [15]史坤. 石油管道的应力腐蚀与防护[J].石化技术,2019,10:238-234. [16]孙成, 韦博鑫, 覃清钰, 付琦, 吴堂清, 许进, 高立群, 于长坤. 土壤环境中X80 管线钢应力腐蚀关键影响因素研究进展[J]. 油气储运(网络首发论文), 2021. [17]诸武扬, 谷飚, 高克玮. 应力腐蚀机理研究的新进展[J]. 腐蚀科学与防护技术, 1995,7(2):97-101. [28]张新生, 许淳淳, 胡钢. 亚稳态 304不锈钢应力腐蚀影响因素探讨[J]. 电化学, 2003, 9(03): 320-326. [31]王国珍, 轩福贞, 涂善东.高温结构蠕变裂尖拘束效应[J].力学进展, 2017, 47: 201704. [34]廖柯熹, 方芳, 姚安林. 天然气管线应力腐蚀开裂机理[J]. 国外石油工程, 2000,∙12: 37-39. [35]刘虎, 何雄坤, 赵松柏, 聂领, 杨志博. 超深储层改造液对完井管柱的腐蚀与缓蚀[J]. 油田化学, 2021, 38(1): 157-161. [36]孙福洋, 侯斌, 丁勇, 鲁元. X100管线钢在库尔勒土壤模拟溶液中应力腐蚀开裂行为的研究[J]. 管道技术与设备, 2021, (1): 9-14. [37]张克乾, 张华, 胡石林, 唐占梅. 温度、水化学环境及冷加工程度对321不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的影响[J].原子能科学技术, 2021, 55: 129-135. [38]宋洋, 赵国仙, 王映超, 张思琦, 郭梦龙, 杨梅. Q245R 钢抗H2S 应力腐蚀开裂分析[J]. 焊管, 2021,∙44(5): 38-44. [46]张凯丽, 谢飞, 吴明, 王丹, 盖左松, 刘晋. 腐蚀产物膜对X70 管线钢焊缝海底腐蚀行为的影响[J]. 机械工程材料, 2021, 45(7): 12-16. [48][48] 郭献忠, 高克玮, 乔利杰, 褚武扬. 不锈钢应力腐蚀敏感性和钝化膜引起的应力随电位变化的一致性[J]. 金属学报, 2002, 38(2): 181-184. [49]贾松波. 腐蚀监控技术在炼油装置中的应用[J]. 全面腐蚀控制, 2021, 35(2): 124-127. [51]徐连勇, 王浩, 赵雷, 荆洪阳, 韩永典. 国产锻造态316L不锈钢在高温高压水环境中的应力腐蚀行为研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(10): 53-58. [54]李嘉栋, 陈超, 张世贵, 林冰, 王莹莹, 朱元强, 唐鋆磊. 不同应力条件下不锈钢局部腐蚀行为的研究进展[J]. 表面技术, 50(3): 101-115. [55]杜东海, 赖平, 陈凯, 张乐福. 焊接残余应力对 316LN 不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的影响[J]. 原子能科学技术, 2017, 51(4): 721-726. [57]张国庆. 海洋油气开发工程316L不锈钢的腐蚀及防护[J]. 涂料工业, 2020, 50(9): 56-61. [59]黄六一, 钟丰平, 王学斌, 高红刚, 张宏亮, 卢志明. 高能喷丸304不锈钢应力腐蚀敏感性试验研究[J]. 浙江工业大学学报, 2020, 48(6): 670-674. [60]李东, 陈怀宁, 刘刚, 等. SS400钢焊接接头表层组织纳米均一化及硬度均一化处理[J]. 金属学报, 2001, 37(9):980-984. [61]李东, 陈怀宁, 林泉洪. 高能喷丸表面纳米化技术提高接头疲劳强度的可行性研究[C]//第十次全国焊接会议论文集. 哈尔滨: 黑龙江人民出版社, 2001, 234-237. [62]许淳淳, 张新生, 胡钢. 拉伸变形对304不锈钢应力腐蚀的影响[J]. 材料研究学报, 2003, 17(3): 310-314. [66]饶德林, S.Paddea, 李荣锋, 侯晓东, 张 放, 张书彦. 20 号管道钢力学性能的微压痕法检测探讨[J]. 物理测试, 2019, 37(6): 6-9. |
中图分类号: | TG142.71 |
开放日期: | 2022-05-26 |