一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法
2023-05-14 06:10:21 3
一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法
【專利摘要】本發明涉及一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，針對海洋環境的特點，利用交變應變下的應力腐蝕變化規律，設計了鋼材應力腐蝕開裂的快速推算方法。本方法利用應力形變量作為傳遞關係，將交變應力與腐蝕開裂相關聯，從而建立彎曲交變應力-應力腐蝕加速比曲線，通過對待測樣品的應力腐蝕實驗，能夠快速推算出在海洋中的應力腐蝕開裂時間。本發明能夠確保推算精度的情況下，極大的縮短了海洋工程用鋼壽命檢測所需時間，同時為不同批次的樣品檢測提供了一種快捷的手段。
【專利說明】一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，屬於海洋工程結構與應力腐蝕防護【技術領域】。
【背景技術】
[0002]應力腐蝕是設備承載的金屬構件在特定的介質中一種自發的延遲破壞的現象，是設備失效的主要原因之一。應力腐蝕研究是設備防腐與安全可靠性研究的重要領域。目前應力腐蝕研究主要是針對靜態應變下的應力腐蝕，但在實際情況中，工程設備一般都處於動態應變的工作環境中，如海洋工程結構，其長期處於風、浪、流等隨機載荷作用下，在腐蝕過程中，應力應變變化相對複雜，因此有必要對動態應變下的工程結構應力腐蝕開展定量研究，確定交變應力應變下的應力腐蝕變化規律，為預判在役設備的服役狀況提供參考，增加經濟效益，防止重大經濟損失和人員傷亡。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於:克服上述現有技術的缺陷，提出一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，能夠確保推算精度的情況下，極大的縮短了海洋工程用鋼壽命檢測所需時間，同時為不同批次的樣品檢測提供了一種快捷的手段。
[0004]為了達到上述目的，本發明提出的一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，包括如下步驟:
[0005]第I步、製備試樣一切割獲得若干標準試樣，進行打磨清洗並風乾；
[0006]第2步、應力測定——將標準試樣兩端固定在夾具上，並分別對標準試樣施加推力使其產生預定量M1, M2,，，Mn的應力形變，測定標準試樣產生應力形變量為M1, M2,，，Mn時的表面應力，獲得表面應力-應力形變曲線；
[0007]第3步、應力腐蝕一在腐蝕溶液A的浸泡環境下，分別對η個標準試樣施加預設頻率f的彎曲交變推力，使第i個標準試樣在每個周期內的最大應力形變達到預定量Mi，其中i=l，2,,,η,直至標準試樣表現產生應力腐蝕開裂，記錄這η個標準試樣各自的應力腐蝕開裂時間；
[0008]第4步、獲取應力腐蝕加速比——根據第2步和第3步中得到的數據，利用形變量M1, M2,，，Mn傳遞對應關係，繪製標準試樣表面應力-應力腐蝕開裂時間曲線，將標準試樣在實驗環境下的應力腐蝕開裂時間和該試樣材料在海洋中應力腐蝕開裂時間相比，獲得在腐蝕溶液A浸泡環境下頻率為f的彎曲交變應力-應力腐蝕加速比曲線；
[0009]第5步、應力腐蝕快速推算——將待測樣品切割成與標準試樣相同的長度，兩端固定在夾具上，施加預設推力F並測定表面應力，隨後浸入腐蝕溶液A，施加預設頻率為f的大小為O-F的彎曲交變推力，並記錄其腐蝕開裂時間，通過本步驟測定的表面應力，從第4步得到的彎曲交變應力-應力腐蝕加速比曲線中獲取對應的應力腐蝕加速比值,待測樣品的腐蝕開裂時間與所述應力腐蝕加速比值相乘即得到待測樣品在海洋環境下的應力腐蝕開裂時間。
[0010]本發明進一步的改進在於:
[0011]1、所述腐蝕溶液A為人造海水或天然海水。
[0012]2、所述腐蝕溶液A的化學成分及配比如下:
[0013]Na+:10.7g/Kg, Mg2+:1.29g/Kg, Ca2+:0.41g/Kg, K+:0.40g/Kg, Sr2+:0.01g/Kg, CF:19.4g/Kg, SO24-:2.71g/Kg, HCO3^:0.14g/Kg, Br-:0.07g/Kg, F-:0.01g/Kg, H3BO3:0.03g/Kg。
[0014]3、所述彎曲交變推力的預設頻率f為1/60。
[0015]4、所述第4步中，試樣材料在海洋中應力腐蝕開裂時間用第I個標準試樣的應力腐蝕開裂時間進行替代，所述第I個標準試樣表面受到的彎曲交變應力為模擬海洋環境下受到的交變應力。
[0016]5、在O-F的彎曲交變推力作用下，所述第I個標準試樣受到的彎曲交變應力為O—89.4MPa0
[0017]6、第I步中，標準試樣用砂紙對標準試樣進行打磨，用乙醇清洗並風乾。
[0018]7、所述標準試樣和待測樣品的表面應力採用X射線衍射儀測試獲得。
[0019]8、所述推力、彎曲交變應力通過對稱分布在夾具縱向兩側的兩對液壓推桿施加，驅動所述液壓推桿的液壓驅動裝置受控於計算機。
[0020]本發明針對海洋環境的特點，利用交變應變下的應力腐蝕變化規律,設計了鋼材應力腐蝕開裂的快速推算方法。本方法利用應力形變量作為傳遞關係，將交變應力與腐蝕開裂相關聯，從而建立彎曲交變應力-應力腐蝕加速比曲線。針對該種材料樣品進行測試時，只需要將產品切割成標準長度，施加預設的交變推力，通過測量到的表面應力獲取在相應交變應力下的應力腐蝕加速比，與測試時的斷裂時間相乘即可得到應力腐蝕開裂時間。本發明可以通過插值方法獲取應力腐蝕加速比，因此無需將待測樣品切割成標準尺寸，檢測時的交變推力也可自行調解，沒有十分嚴格的要求，可見本發明方法的使用更靈活，適應性更強。
[0021]若需要檢測該批次產品的的抗應力腐蝕性能，則將上述方法得到待測樣品的應力腐蝕開裂時間，與標準樣品在海洋環境中的的應力腐蝕開裂時間相比較，差值小於5%，則樣品合格。或者在第4步中得到的標準試樣表面應力-應力腐蝕開裂時間曲線中，根據測量到的表面應力獲取標準的應力腐蝕開裂時間，待測樣品的應力腐蝕開裂時間與標準的應力腐蝕開裂時間相比較，差值小於5%,則樣品合格。
[0022]本發明除了針對全新的鋼材進行檢測外，還能對已出海的產品進行剩餘使用壽命的測量。
[0023]綜上，本發明實現了腐蝕環境下的試樣交變載荷定量加載實驗，以及實驗的精確有效，通過實驗得出應力腐蝕實驗的加速比與應力的關係，提高實驗效率、縮短設備的設計周期、預判在役設備的服役狀況，可增加經濟效益，防止重大經濟損失和人員傷亡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0025]圖1是本發明方法使用的實驗裝置。
[0026] 圖2是本發明實施例表面應力-應力形變曲線。[0027]圖3是本發明實施例表面應力-應力腐蝕開裂時間曲線圖。
[0028]圖4是本發明實施例彎曲交變應力-應力腐蝕加速比曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
[0030]如圖1所示為本發明海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法所使用的實驗裝置。圖中標號示意如下:1_計算機，2-液壓驅動裝置，3-第一液壓泵，4-第二液壓泵，5-第一液壓推桿,6-第二液壓推桿,7-第三液壓推桿,8-第四液壓推桿,9-第一試樣夾頭，10-第二試樣夾頭，11-支架。如圖1所示，試樣12兩端通過第一試樣夾頭9_、第二試樣夾頭10固定在實驗裝置上，第一至第四液壓推桿分成兩組位於試樣12的兩側，分別用於對試樣施加推力，通過計算機I控制液壓驅動裝置2實現對試樣12施加交變推力，使試樣受到交變應力，同時試樣浸沒在人造海水(腐蝕溶液)中，因此實驗裝置能模擬海洋環境，提高檢測的準確性。
[0031]本實施例選取海洋工程用鋼690MPa高強鋼為實施對象，材料化學成分和機械性能如表1所示。
[0032]表1690MPa高強鋼化學成分及機械性能
[0033]
【權利要求】
1.一種海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，包括如下步驟: 第I步、製備試樣——切割獲得若干標準試樣，進行打磨清洗並風乾； 第2步、應力測定——將標準試樣兩端固定在夾具上，並分別對標準試樣施加推力使其產生預定量M1, M2,，，Mn的應力形變，測定標準試樣產生應力形變量為M1, M2,，，Mn時的表面應力，獲得表面應力-應力形變曲線； 第3步、應力腐蝕——在腐蝕溶液A的浸泡環境下，分別對η個標準試樣施加預設頻率f的彎曲交變推力，使第i個標準試樣在每個周期內的最大應力形變達到預定量Mi，其中i=l, 2，，，n，直至標準試樣表現產生應力腐蝕開裂，記錄這η個標準試樣各自的應力腐蝕開裂時間； 第4步、獲取應力腐蝕加速比——根據第2步和第3步中得到的數據，利用形變量M1,M2,，，Mn傳遞對應關係，繪製標準試樣表面應力-應力腐蝕開裂時間曲線，將標準試樣在實驗環境下的應力腐蝕開裂時間和該試樣材料在海洋中應力腐蝕開裂時間相比，獲得在腐蝕溶液A浸泡環境下頻率為f的彎曲交變應力-應力腐蝕加速比曲線； 第5步、應力腐蝕快速推算——將待測樣品切割成與標準試樣相同的長度，兩端固定在夾具上，施加預設推力F並測定表面應力，隨後浸入腐蝕溶液A，施加預設頻率為f的大小為O-F的彎曲交變推力，並記錄其腐蝕開裂時間，通過本步驟測定的表面應力，從第4步得到的彎曲交變應力-應力 腐蝕加速比曲線中獲取對應的應力腐蝕加速比值，待測樣品的腐蝕開裂時間與所述應力腐蝕加速比值相乘即得到待測樣品在海洋環境下的應力腐蝕開裂時間。
2.根據權利要求1所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於，所述腐蝕溶液A為人造海水或天然海水。
3.根據權利要求1所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於，所述腐蝕溶液A的化學成分及配比如下:
Na+:10.7g/Kg, Mg2+:1.29g/Kg, Ca2+:0.41g/Kg, K+:0.40g/Kg, Sr2+:0.01g/Kg, CF:19.4g/Kg, SO廣:2.71g/Kg, HCO3^:0.14g/Kg, Br-:0.07g/Kg, :0.01g/Kg, H3BO3:0.03g/Kg。
4.根據權利要求1或2所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於，所述彎曲交變推力的預設頻率f為1/60。
5.根據權利要求4所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於，所述第4步中，試樣材料在海洋中應力腐蝕開裂時間用第I個標準試樣的應力腐蝕開裂時間進行替代，所述第I個標準試樣表面受到的彎曲交變應力為模擬海洋環境下受到的交變應力。
6.根據權利要求5所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於，在O-F的彎曲交變推力作用下，所述第I個標準試樣受到的彎曲交變應力為O—89.4MPa0
7.根據權利要求1所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於:第I步中，標準試樣用砂紙對標準試樣進行打磨，用乙醇清洗並風乾。
8.根據權利要求1所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於:所述標準試樣和待測樣品的表面應力採用X射線衍射儀測試獲得。
9.根據權利要求1所述的海洋工程用鋼應力腐蝕開裂時間的快速推算方法，其特徵在於:所述推力、彎曲交變應力通過對稱分布在夾具縱向兩側的兩對液壓推桿施加，驅動所述液壓推桿的液壓驅動裝置受控於計算機。
10.海洋工程用鋼抗應力腐蝕檢測方法，其特徵在於:使用權利要求1所述快速推算方法得到待測樣品的應力腐蝕開裂時間，與標準樣品在海洋環境中的的應力腐蝕開裂時間相比較，差值 小於5%,則樣品合格。
【文檔編號】G01N17/00GK103913393SQ201410156287
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】曹宇鵬, 花國然, 蘇波泳, 王恆, 張建勇, 陳貽平, 馬劍軍, 周東呈 申請人:南通大學