高强船板钢FH36微观组织与疲劳性能研究

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高强度船板钢FH36主要用于船舶制造和海洋平台建设,要求有较高的强度、塑性、耐蚀性、低温冲击韧性,以及良好的焊接性能,使用FH36建造的海工装备通常服役在极寒地区和容易出现极端海水环境的地区,会遭受波浪载荷引起的高周疲劳和恶劣海况导致的低周疲劳。然而目前对船板钢疲劳性能,尤其是低温疲劳性能的研究较少,因此对FH36的疲劳性能进行研究十分必要。为了研究析出相类型及变化规律,选用Thermo-calc和JMat Pro热力学软件进行计算,并佐以TEM检测,发现FH36生成的平衡相主要有奥氏体、铁素体、渗碳体、M(C,N),其中M(C,N)相形式存在的析出相主要是Nb C、Ti C和VC。为了研究板厚不同位置对微观组织、宏观织构和晶体学取向的影响,在FH36表面、1/4厚度位置和心部分别取样,进行研究。表征分析发现:钢板靠近表面位置主要由多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体组成,晶粒度13.7;1/4厚度位置主要是多边形铁素体、少量的针状铁素体和粒状贝氏体,晶粒度13;心部由多边形铁素体和少量珠光体组成,晶粒度12.4。船板钢心部的织构最强,表面织构最弱,表面位置织构有{111}<110>、{111}<112>、{114}<110>和{112}<110>;1/4厚度位置织构有{111}<110>、{111}<112>、{112}<110>;心部主要织构为{001}<110>和较弱的{111}<110>、{111}<112>。对船板钢分别在常温和-60℃下进行疲劳试验,并对失效断口和试件剖面进行检测,结果表明:船板钢FH36在常温下循环10~7次的疲劳极限是487.7 MPa,在-60℃的疲劳极限为499.9 MPa。高周疲劳断口为剪切斜断口,低周疲劳为杯椎状断口。高周疲劳断口裂纹源都在试件边部,低周疲劳断口发生塑性变形,导致失效,存在多处裂纹源。高周疲劳断口剖面铁素体和渗碳体呈河流状分布,裂纹主要在渗碳体和铁素体晶界处形成。高周疲劳和低周疲劳断口剖面的大角度晶界比例明显减少,使得疲劳过程中裂纹扩展容易发生。高周疲劳断口剖面二次裂纹沿着<001>∥RD织构扩展,遇到<110>∥RD织构之后裂纹扩展受到了抑制。高周疲劳的断口剖面主要存在的织构有{100}<112>、{011}<112>和{112}<111>,低周疲劳断口的织构主要是{100}<011>、{111}<112>和<100>∥RD,形成了丝织构。
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