【摘 要】
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F/B双相钢由于良好的强韧性匹配以及优异的焊接性能和疲劳性能,广泛应用于汽车、桥梁和管道等领域。F/B双相钢在低温服役条件下,容易产生低温脆性,导致合金韧性迅速恶化并发生断裂失效,严重影响服役寿命和运行安全。针对F/B双相钢在低温下的脆性断裂问题,通过力学性能与裂纹扩展行为等内容的研究,探讨低温条件对力学性能的影响及裂纹扩展机理,为提高F/B双相钢的低温韧性及低温用钢成分结构设计提供理论基础。本文
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F/B双相钢由于良好的强韧性匹配以及优异的焊接性能和疲劳性能,广泛应用于汽车、桥梁和管道等领域。F/B双相钢在低温服役条件下,容易产生低温脆性,导致合金韧性迅速恶化并发生断裂失效,严重影响服役寿命和运行安全。针对F/B双相钢在低温下的脆性断裂问题,通过力学性能与裂纹扩展行为等内容的研究,探讨低温条件对力学性能的影响及裂纹扩展机理,为提高F/B双相钢的低温韧性及低温用钢成分结构设计提供理论基础。本文通过研究-20℃,-40℃和-60℃下F/B双相钢的力学性能,结合有限元分析和相关理论对低温下F/B双相间应力演变和韧性进行了研究,分析了不同温度下F/B双相钢裂纹扩展路径,系统地研究了低温环境对裂纹扩展行为和位错运动行为的影响,明确了低温下F/B双相钢裂纹扩展机理并建立了裂纹扩展机理模型。研究通过应变-温度系数R发现,F/B双相钢对低温环境极度敏感。低温下F/B双相钢的形变过程是由铁素体优先变形,贝氏体变形和两相协同变形三个阶段组成,最终F/B界面处应力最为集中,并且形变过程在形变硬化行为上表现为两个阶段。随着温度降低,原子震动减弱以及形变硬化能力增强,使得F/B双相钢的强度以及F/B界面处应力集中程度增加,并且临界J0.2、δ0.2、临界断裂韧性KIC和裂纹尖端塑性区尺寸等呈现下降趋势,断裂方式从韧性断裂转变为脆性解理断裂。低温下F/B双相钢的裂纹扩展机理是由于铁素体和贝氏体先后塑性变形以及协同变形过程中,位错在晶界处堆积形成应力集中而产生微裂纹,发生沿{110}和{011}晶面扩展的穿晶断裂。派纳力随着温度降低显著增大,主裂纹附近可开动位错密度降低,导致裂纹尖端变形程度减小,裂纹扩展路径由曲折变为平坦,并且主裂纹附近出现二次裂纹和微孔。低温下裂纹扩展方式主要分为韧性断裂扩展和脆性断裂扩展,韧性断裂扩展是位错滑移占主导地位,低温对其影响较小,而低温下脆性断裂扩展则是以温度为主导,位错滑移为辅。
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