拉伸过程中20G钢板晶粒尺寸及硬度变化的实验研究

第 4 3卷 第 4 期 2 0 1 4年 7月 石油化工设备 P ETR0一 CHEMI CAL E QUI PMENT Vo1 4 3 NO 4 J u l y 2 O 1 4 文 章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 4 0 4 0 0 1 5 0 3 拉伸 过程 中 2 0 G钢板 晶粒尺 寸及硬度 徐国强 变化 的实验研 究 刘 明星 张秀云 曹宇光 中国石油 大学 华东 a 工程力 学系 b 材料工程 系 胡 玉 山东 青岛 林 26 65 8 O 摘 要 对 l 0 mm 厚 度 的 2 0 G 钢板进 行 了力 学性 能 测 试 采 用金 相 显微 镜 对 2 0 G 钢 拉 伸过 程 进 行 了原位 观察 并 用硬度 计 测试硬 度 的 变化 实验 结 果表 明 拉 伸 过程 中晶粒 的微 观 尺 寸变形 与宏观 变形具有一致性 硬度随形变增大而呈现增 大趋势 并有明显形 变强化效果 关键 词 2 0 G钢 现场金相显微镜 拉伸 晶粒尺寸 中图分 类号 TQ 0 5 0 1 文献 标 志码 A d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 4 0 4 0 0 4 Ex p e r i m e nt a l S t u d y o n Gr a i n S i z e a nd Ha r d ne s s o f 2 0 G S t e e l d u r i n g Un i a x i a l Te n s i o n xu Gu o q i a ng LI U M i ng x i ng ZHANG Xi u y u n CAO Yu g u a n g HU Yu l i n Ch i n a Uni v e r s i t y o f Pe t r ol e u m Ea s t Chi n a a De pt of En gi n e e r i n g M e c h a ni c s b De p t o f Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g Qi n g d a o 2 6 6 5 8 0 Ch i n a Ab s t r a c t 2 0 G s t e e l i s u s e d a s h e a t r e s i s t a n t s t e e l f o r b o i l e r a n d p o s s e s s e s g o o d t o u g h n e s s a n d d uc t i l i t y The m e c h a ni c a l p r op e r t i e s of 2 0 G s t e e l wi t h t h e t h i c kne s s o f 1 0 mm ha v e be e n t e s t e d a n d i t ha s b e e n o bs e r v e d i n s i t u by us i ng f i e l d opt i c a l m i c r os c op e i n t e ns i l e p r o c e s s a nd ha r d ne s s h a s be e n t e s t e d by ha r d ne s s t e s t e r The r e s ul t s s ho w t ha t t he r e i s a c o ns i s t e n t r e l a t i ons hi p be t we e n t he d e f o r ma t i o n of mi c r os c o pi c gr a i ns s i z e a nd t he ma c r o s c o pi c de f o r ma t i o n a nd ha r d ne s s h a s a n i nc r e a s i n g t r e nd wi t h t he i nc r e a s e o f de f o r m a t i on whi c h ha s a s i g ni f i c a n t d e f or ma t i on s t r e n gt he ni n g e f f e c t Ke y wo r d s 2 0 G s t e e l f i e l d mi c r o s c o p e t e n s i l e g r a i n s i z e 2 0 0为锅炉用耐热钢之一 广泛应用于制造注 汽锅炉的炉管 金相组织为铁素体 珠光体 具有 良 好 的韧性 塑性和焊接性 L 很多研究者对此 钢材 的宏观 力 学 性 能 进 行 了测 试 而 对 在 拉 伸 过 程 中微 观组 织 的变化 很 少 有 研 究 特 别 是 在 承 载 情 况 下 要求 获取 此材 料 的 金相 组 织 尤 其 是 屈 服及 强化 阶段 尚有 难度 还 未见 与之 相关 的报 道 2 0 G因长期工作在高温工况下 发生蠕变 的过 程 中必然伴 随着晶粒尺寸 的变化 4 进而影响到材 料 的性 能 笔 者 利 用 现 场 金 相 显 微 镜 研 究 了 2 0 G 钢单向静载拉伸到不 同应变阶段 中 试件拉伸方 向 晶粒特 征尺 寸及 硬 度 的 变 化 并对 它们 之 间 的变 化 规律及关系进行 了分析与讨论 实验简介 1 1实验材 料 实 验 材 料 为 厚 度 为 1 0 mm 的 2 0 G 板 材 按 GB T 2 2 8 2 0 1 0 金属材料 拉伸试验 室温试验方 法 要求加工 其拉伸试样示意图见图 1 测得 该 材料 的屈服 强 度 和抗 拉 强度 分 别 为 收 稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 2 基金项 目 中央高校基本科研 业务费专项资金资助 1 2 c X O 6 O 7 5 A 山东省 自然科 学基金资助项 目 Y 2 0 0 7 A3 1 作者简介 徐国强 1 9 8 2 一 男 山东莱 阳人 在读硕士 实验师 主要从 事材料宏微观力学性 能的研究工作 第 4期 徐国强 等 拉伸过程 中 2 0 G钢板晶粒尺寸及硬度变化 的实验研 究 1 7 第 2阶段 为载 荷 5 9 7 0 k N 此 时 材料 处 于 屈 服 及 强 化 阶 段 材 料 形 变 明 显 增 加 变 形 量 约 为 1 7 2 1 而 对应 的 晶粒尺 寸也 明显 增加 增 加 量约 为 1 7 2 9 这 2个 数 据 说 明 宏 观形 变 与 微 观 形 变基 本一 致 第 3阶段 为形变 强化 后 阶段 随着 变形 的增 大 晶粒尺寸变化不大 总体来看 拉伸方向晶粒尺寸 随 变形 的增 大而 增 加 宏 观 形 变 与微 观 晶粒 形 变 具 有 一致 性 2 2 硬度分析 拉 伸过 程 中 2 0 G 钢板 布 氏硬 度 随载 荷 变 化 的 曲线见 图 5 载 衙 k N 图 5 2 0 G钢板 的布氏硬 度变化曲线 由图 5可以看出 材料拉伸初期 硬度波动比较 大 原 因是 材料 此 时为两 相组 织 硬度 值不 同 但 总 体呈现增大的趋势 当处于屈服强化阶段 硬度值始 终处 于高 位 表现 为形 变强 化 3 结 语 对 于厚 度 1 0 IT l I n的 2 0 0 钢板 在拉 伸方 向上微 观 晶粒 尺寸 的变 形 与 宏观 变 形 具 有 一 致 性 材 料 表 面硬度随变形 的增加呈现增大 的趋势 有 明显 的形 变强化效果 此实验测试方法也可用于其他工程材 料 和现 场 的在线 测试 与分 析 参考文献 1 J 郑 明新 工程 材料 M 北 京 中央 广播 电视 大学 出版 社 1 9 8 6 Z HE NG Mi n g x i n E n g i n e e r i n g Ma t e r i a l s M B e i j i n g Th e p e n Un i v e r s i t y o f Ch i n a P r e s s 1 9 8 6 E 2 S a h a A R o y H S h u k l a A K I n v e s t i g a t i o n i n t o t h e Pr ob ab l e Cau s e o f Fa i l ur e of Ec o no mi z er Tube of a Th e r ma l P o we r P l a n t J J o u r n a l o f F a i l u r e An a l y s i s a nd Pr e ve nt i o n 20l 0 1 0 1 87 一 l 9 0 3 赵祖林 王一 宁 2 O钢炉 管爆裂 检测分 析 J 机械 制 造与研 究 2 0 0 8 3 7 6 5 3 5 4 ZHAO Zu l i n W ANG Yi n i n g Ana l ys i s of Cr a c k o f 2 O S t e e l F u r n a c e Tu b e J J o u r n a l o f Me c h a n i c a l M a nuf a c t ur i ng a n d Re s e a r c h 20 0 8 3 7 6 53 54 4 王 素基 含微钛元素 2 0 G钢炉 钢板 的中温性 能 J 四 川 冶金 1 9 8 6 2 4 1 4 6 W ANG Su I i Th e Te mp e r a t u r e Per f o r ma n c e wi t h Mi c r o T i t a n i u m S t e e l F u r n a c e S t e e l 2 O GE J J o u r n a l o f Si c hu a n M e t a l l ur gy 1 98 6 2 41 46 E s 马中元 金 相分析技 术在锅 炉压 力容器 中 的应用 J 科 技情报开发与经济 2 0 0 8 1 8 1 9 1 2 2 1 2 3 M A Z h o n g y u a n Ap p l i c a t i o n o f M e t a l l o g r a p h i e A n a l y s i s i n B o i l e r a n d P r e s s u r e V e s s e l J S c i T e c h I n f o r ma t i o n De v e l o p me n t a n d E c o n o mi c J o u r n a l 2 0 0 8 1 8 1 9 1 2 2 1 2 3 6 G B T 6 3 9 4 2 0 0 2 金属平均 晶粒度测定方 法 S GB T 6 3 9 4 2 0 0 2 Me t a l me t h o d s f o r Es t i ma t i n g t h e Av e r a g e Gr a i n S i z e S r 7 6B T 2 2 8 2 0 1 0 金 属材料 拉伸 试验 室温试 验方 法 s GB T 2 2 8 2 0 1 0 Me t a l l i c Ma t e r i a l s Te n s i l e Te s t i n g a t A mb i e n t T e mp e r a t u r e s E 8 J 刘保 国 杨必应 电站锅炉几种常见钢材 的金相组 织分 析 j 广西轻工艺 2 0 0 9 5 5 1 8 2 O L1 U Ba o g uo YANG Bi yi n g Se v e r a l Co mmo n Ut i l i t y B o i l e r s Mi c r o s t r u c t u r e An a l y s i s o f S t e e l J G u a n g x i J o u r n a l o f Li g h t I n d u s t r y 2 0 0 9 5 5 1 8 2 0 9 苏辉 裴智璞 王 秉新 2 0 G钢珠 光体 球化后 拉伸 断裂 过程组织 变化 j 辽 宁石 油 化 工大 学学 报 2 0 1 1 3 1 4 6 4 6 6 SU H u i PEI Zh i p u W ANG B i n g x i n M i c r o s t r u c t u r a l C h a r a c t e r i z a t i o n o f P e a r l i t e S p h e r o i d i z e d 2 0 G S t e e l D u r i n g T e n s i l e D e f o r ma t i o n J J o u r n a l o f L i a o n i n g S h i h u a U n i