高钢级管线钢管的屈强比和均匀变形延伸率.docVIP

1-4 高钢级管线钢管的屈强比、均匀变形延伸率和形变硬化指数之间关系的研究 专题1 中俄输气管线用钢管及管件关键技术指标的研究及技术条件制定 PAGE 8 PAGE 9 高钢级管线钢管的屈强比、均匀变形延伸率 和形变硬化指数之间关系的研究 摘要：本文共分为4个部分。第一部分首先明确了塑性变形容量指标屈强比、均匀变形延伸率、形变硬化指数的物理含义，在此基础上对控制材料的塑性变形容量指标的意义进行了阐述；综合分析了塑性变形容量指标的相关研究成果和国内外管线管标准对其要求，并据此提出了塑性变形容量具体控制建议；研究显微组织对管线钢塑性变形容量的影响，确定了最佳的组织类型；对均匀延伸率、形变硬化指数和屈强比的关系进行了数学推导，并对具体的试验数据进行了统计回归。 关键词：屈强比 均匀变形延伸率 硬化指数 显微组织 高钢级 管线钢 1概述 1.1屈强比、均匀变形延伸率、形变硬化指数的物理含义 顾名思义,我们知道,屈强比就是屈服强度和抗拉强度的比值,是一个无量纲的数。单纯的屈强比,没有任何物理意义,因为它不表示任何确定的、可重复测量的,对应某一物理现象的指标,不像材料性能测试中常见的应力、强度、塑性、韧性等指标,有量钢,有明确的物理内涵。 除屈强比外再加上屈强强度,这二者结合起来以后,就赋与其物理意义。二者综合起来的结果表征材料从屈服到断裂这一过程中材料所能忍受这一过载的裕度的大小。从塑性力学与材料物理的角度来看,材料之所以表现出产生屈服后还继续能承受更大的载荷,而且表现出可观的塑性变形量,是由于材料具有形变硬化能力,且具有一定的塑形变形能力的结果。当应变硬化所导致的屈服强度的增高大于由于塑性变形导致截面积减少而引起的应力增高时,局部的屈服变形中止,而将塑性变形传播到未塑性变形的截面上, 使拉伸试样的轴向得到均匀的塑性变形,直到塑变强化跟不上应力的增加时,产生局集塑性变形,即颈缩,这时的载荷对应于抗拉强度。 在拉伸应力－应变曲线上，材料塑性变形的大小可以用延伸率来表示，其中包括均匀塑性变形分量δB和局部塑性变形分量δN，δB的大小反映了材料达到最大抗拉强度前的均匀塑性变形量的大小。 均匀延伸率反映了材料的硬化指数n，也反映了材料承受均匀变形的能力。 形变硬化指数n表示金属材料在均匀变形阶段的形变硬化能力，即表示金属材料抵抗继续塑性变形的能力。一般而言，多晶体金属屈服后的真应力－应变曲线（流变硬化曲线）都是抛物线，在其均匀变形阶段，真实流变应力与真实均匀应变之间符合Hollomon关系式：σ=Kεn，式中K为形变硬化系数；n为形变硬化指数。形变硬化决定于材料的应力－应变曲线，其是否存在屈服平台和屈服伸长的程度对管线钢的形变硬化有重要影响。硬化指数通常认为与材料层错能有关。层错能大时，滑移变形，滑移变形的特征为平坦的滑移带，层错能小时，则表现为波纹状的滑移带。从工程意义上考虑，硬化指数标志金属对塑性变形的抗力，它与塑性变形结合，使构件在服役过程中具有承受过载的能力，提高构件使用的安全性。 由此可见,屈服强度,应变硬化指数和均匀形变量三者决定了抗拉强度,也即决定了屈强比。 现在,由此引起了一个材料力学性能中的一个重要的命题,即对应于材料抗拉强度的那个瞬间,究竟是材料的什么参量达到了临界值?根据已有的知识,认为可大致分成三类:(1)塑性变形失稳,这适用于低强度、高纯净度的塑性材料,在从σs→σb的过程中,不产生晶界、相界微裂纹等局部损伤现象;其断口应表现为表面平滑的滑脱;(2)由应力参量所控制,即较早的资料上所称的“应力诱导解理”,断口上表现为以解理断裂为主导,宏观及微观上表现出很小的塑性变形,这在高强度材料中多见,(3)由应变参量所控制,即较早的资料上所称的“应变诱导解理”,断口上表现为以韧窝聚合断裂为主导,宏观及微观上表现出可观的塑性变形,这在塑性材料中多见。微合金化控轧钢,由于其低碳、细晶和细小弥散的第二相特点,断口上均表现出韧窝聚合的特点。也就是说,塑性变形的累积并达到某个临界值时,是拉伸应力应变曲线上各阶段的控制因素。 所以,我们认为材料的应变硬化指数,均匀应变量(均匀延伸率、均匀断面收缩率)是比屈强比更有明确物理意义的量。它们都是材料塑性变形容量的相关参数,并且是非独立存在的。对它们的控制将对工程具有重要的意义。 在实际应用过程中，由于屈强比的测试相比较而言较应变硬化指数和均匀延伸率更加容易，因此常常以屈强比，来间接衡量材料的均匀形变容量，因为此方法直观、简便、易于获得。所以在现今的大部分油气输送管技术条件中获得了广泛的应用。 1.2 控制管道材料屈强比的意义 油气输送管的安全运行是对管道工程的基本要求，管道破裂事故会造成严重的经济损失和社会后果。提出合理的失效抗力指标和技术要求对管道建设和安全运行具有重要的意义。材料均匀形变