奧氏體不銹鋼管的循環機械性能的解釋

在(zai)金屬(shu)(shu)鐵中加入一(yi)定(ding)(ding)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)金屬(shu)(shu)Cr（質量分(fen)數不(bu)(bu)低(di)于11%）可以形成很強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)合金，我們稱之為(wei)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)。當不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)中含有(you)一(yi)定(ding)(ding)比例(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)金屬(shu)(shu)鎳(nie)時(shi)，在(zai)室溫下可形成穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)結構，稱為(wei)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)。最常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)是300系列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵鉻(ge)(ge)鎳(nie)鋼(gang)，如304和(he)(he)(he)316型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)，分(fen)別含有(you)18%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)和(he)(he)(he)8%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)，16-18%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)和(he)(he)(he)11-14%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)，以及少量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)其他元素，如C、N、Mo、Cu和(he)(he)(he)Ti。由(you)于奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)具有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性、良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性和(he)(he)(he)一(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)，已(yi)成為(wei)化工廠換(huan)熱(re)器、核電廠循(xun)環(huan)(huan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)等大型(xing)工業生產機(ji)械結構材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)首選。在(zai)這些應用(yong)中，冷熱(re)流體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)(du)波動和(he)(he)(he)內壓波動導致溫度(du)(du)場和(he)(he)(he)力場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耦(ou)合周(zhou)期性變(bian)化，對奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)機(ji)械可靠性提出(chu)了更高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。D也引起了工程(cheng)材料(liao)研究者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極大關注。

金屬材(cai)料(liao)循環(huan)力(li)學性(xing)能的(de)(de)試驗研究(jiu)主要包括(kuo)應變(bian)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)和(he)(he)棘輪(lun)(lun)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)兩個方(fang)面。應變(bian)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)是指材(cai)料(liao)在應變(bian)控制的(de)(de)循環(huan)載(zai)荷(he)(he)作(zuo)用(yong)下的(de)(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)失效(xiao)；棘輪(lun)(lun)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)是指在應力(li)控制的(de)(de)循環(huan)載(zai)荷(he)(he)作(zuo)用(yong)下，棘輪(lun)(lun)應變(bian)的(de)(de)累積，其與(yu)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)的(de)(de)耦(ou)合(he)導致材(cai)料(liao)失效(xiao)。應變(bian)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)和(he)(he)棘輪(lun)(lun)效(xiao)應的(de)(de)研究(jiu)可以根據(ju)不同的(de)(de)應力(li)狀態分(fen)(fen)為(wei)(wei)單(dan)軸和(he)(he)多軸試驗，根據(ju)不同的(de)(de)溫(wen)度場分(fen)(fen)為(wei)(wei)恒溫(wen)和(he)(he)熱機耦(ou)合(he)試驗。這(zhe)些方(fang)法已廣泛應用(yong)于研究(jiu)奧氏體不銹鋼(gang)管的(de)(de)循環(huan)力(li)學性(xing)能。

奧氏體(ti)不銹鋼管的應(ying)變循環行為

在循(xun)環應(ying)變(bian)(bian)加載(zai)下，奧氏體不銹鋼管的(de)應(ying)力響(xiang)應(ying)受(shou)應(ying)變(bian)(bian)幅度(du)、加載(zai)速率、加載(zai)路徑和溫度(du)場等多種因(yin)素的(de)影響(xiang)。

（1）退火奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼管(guan)的循(xun)環應(ying)力響應(ying)在(zai)室溫下一般(ban)可分(fen)為兩個階(jie)段：初始循(xun)環穩定或緩慢循(xun)環硬(ying)化階(jie)段和顯(xian)著的二次循(xun)環硬(ying)化階(jie)段。

就是這樣(yang)。奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼管在室(shi)溫(wen)淬火(huo)或(huo)冷加工(gong)后的(de)循環應(ying)力(li)響(xiang)應(ying)可分為三個階(jie)(jie)段：初始(shi)快(kuai)速循環硬(ying)化(hua)(hua)階(jie)(jie)段、后期循環軟化(hua)(hua)階(jie)(jie)段和最終二(er)次(ci)循環硬(ying)化(hua)(hua)階(jie)(jie)段。浙江(jiang)不(bu)銹(xiu)鋼管循環應(ying)力(li)響(xiang)應(ying)特征(zheng)也與應(ying)變幅(fu)(fu)度(du)有關(guan)[6,7]：隨著(zhu)應(ying)變幅(fu)(fu)度(du)的(de)增大，二(er)次(ci)循環硬(ying)化(hua)(hua)階(jie)(jie)段越(yue)(yue)來越(yue)(yue)明顯，極限應(ying)力(li)幅(fu)(fu)度(du)逐漸超過初始(shi)循環應(ying)力(li)幅(fu)(fu)度(du)的(de)最大值。命令。一般來說，無論是退火(huo)、淬火(huo)還(huan)是冷加工(gong)，奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼管在室(shi)溫(wen)大應(ying)變幅(fu)(fu)度(du)下(xia)都具有顯著(zhu)的(de)二(er)次(ci)循環硬(ying)化(hua)(hua)特性。

（2）隨著(zhu)溫(wen)(wen)度的(de)(de)升(sheng)(sheng)高(gao)，奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼管(guan)的(de)(de)循(xun)環(huan)應(ying)力(li)(li)響應(ying)特性(xing)變化明顯：在(zai)一(yi)定的(de)(de)溫(wen)(wen)度范(fan)(fan)圍內(nei)出現(xian)(xian)異常的(de)(de)循(xun)環(huan)硬化特性(xing)[8-14]。以AISI316LN奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼管(guan)為(wei)例，Genet等(deng)人[13]在(zai)室(shi)溫(wen)(wen)至(zhi)823K溫(wen)(wen)度范(fan)(fan)圍內(nei)，進行了(le)塑性(xing)應(ying)變振(zhen)幅為(wei)0.4%，應(ying)變率為(wei)4*10-4s-1的(de)(de)對稱應(ying)變循(xun)環(huan)，發現(xian)(xian)在(zai)293K溫(wen)(wen)度范(fan)(fan)圍內(nei)，循(xun)環(huan)應(ying)力(li)(li)振(zhen)幅的(de)(de)飽(bao)(bao)和水(shui)平隨溫(wen)(wen)度的(de)(de)升(sheng)(sheng)高(gao)而降低。到548K，但在(zai)648-823K范(fan)(fan)圍內(nei)下降，823K的(de)(de)循(xun)環(huan)應(ying)力(li)(li)飽(bao)(bao)和水(shui)平高(gao)于室(shi)溫(wen)(wen)。

（3）加(jia)(jia)(jia)載速(su)(su)率對奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)循(xun)環(huan)(huan)(huan)應(ying)(ying)(ying)力響應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)影響與(yu)溫(wen)(wen)度(du)(du)有關(guan)(guan)：室溫(wen)(wen)加(jia)(jia)(jia)載速(su)(su)率越高，應(ying)(ying)(ying)力振幅(fu)(fu)飽(bao)(bao)(bao)和(he)(he)水(shui)平(ping)越高，而隨著溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)升高，這種正相(xiang)關(guan)(guan)逐(zhu)漸減弱。甚(shen)至在(zai)一(yi)定的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍(wei)(wei)內出現(xian)負(fu)相(xiang)關(guan)(guan)。Armas等人對304H、316H和(he)(he)316L不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)分別在(zai)300-923K溫(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍(wei)(wei)內進行了(le)對稱應(ying)(ying)(ying)變循(xun)環(huan)(huan)(huan)試(shi)驗(yan)，溫(wen)(wen)州不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)應(ying)(ying)(ying)變幅(fu)(fu)度(du)(du)為(wei)1%，加(jia)(jia)(jia)載速(su)(su)率分別為(wei)2x 10-5s-1、2x10-4s-1和(he)(he)2x10-3s-1。結(jie)果(guo)表明，在(zai)523-873K范(fan)圍(wei)(wei)內，循(xun)環(huan)(huan)(huan)應(ying)(ying)(ying)力振幅(fu)(fu)的(de)(de)飽(bao)(bao)(bao)和(he)(he)水(shui)平(ping)與(yu)加(jia)(jia)(jia)載速(su)(su)率呈(cheng)負(fu)相(xiang)關(guan)(guan)，即加(jia)(jia)(jia)載速(su)(su)率越低(di)則相(xiang)反。循(xun)環(huan)(huan)(huan)應(ying)(ying)(ying)力振幅(fu)(fu)的(de)(de)飽(bao)(bao)(bao)和(he)(he)水(shui)平(ping)應(ying)(ying)(ying)較高。與(yu)恒溫(wen)(wen)應(ying)(ying)(ying)變循(xun)環(huan)(huan)(huan)相(xiang)比，在(zai)熱(re)-機械耦合循(xun)環(huan)(huan)(huan)加(jia)(jia)(jia)載條件下(xia)(xia)，可(ke)以提高奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)(huan)硬化程度(du)(du)。不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)廠家(jia)Nagesha等人[17]對573-923K溫(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍(wei)(wei)內的(de)(de)316L奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)進行了(le)恒溫(wen)(wen)應(ying)(ying)(ying)變循(xun)環(huan)(huan)(huan)試(shi)驗(yan)和(he)(he)同(tong)相(xiang)、反相(xiang)熱(re)機械循(xun)環(huan)(huan)(huan)試(shi)驗(yan)，結(jie)果(guo)表明，材(cai)料在(zai)相(xiang)同(tong)應(ying)(ying)(ying)變幅(fu)(fu)度(du)(du)下(xia)(xia)的(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)(huan)應(ying)(ying)(ying)力幅(fu)(fu)度(du)(du)在(zai)573-923K循(xun)環(huan)(huan)(huan)溫(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍(wei)(wei)內，加(jia)(jia)(jia)載速(su)(su)率明顯高于所有熱(re)機械循(xun)環(huan)(huan)(huan)試(shi)驗(yan)。

（5）non proportional multiaxial loading path will lead to additional cycle hardening of austenitic stainless steel tubes[19-21]。Kang等(deng)人(ren)[21]在室溫至873K下對304奧氏體不(bu)銹鋼(gang)管進行了單(dan)軸(zhou)和(he)(he)多軸(zhou)應變循環試驗，發現非比(bi)例多軸(zhou)加載(zai)(zai)路(lu)徑下等(deng)效(xiao)應力幅的飽和(he)(he)水平(ping)遠高于單(dan)軸(zhou)加載(zai)(zai)路(lu)徑下的飽和(he)(he)水平(ping)。阿瑟(se)。