围绕着影响典型压力容器材料裂纹扩展速率的各种因素,进行了深入探究。以断裂力学为理论基础,以4130X钢为研究对象,从腐蚀环境,应力比和疲劳载荷频率三个方面,探究4130X钢疲劳裂纹扩展速率的变化规律,为气瓶在复杂工况下的使用寿命预测及安全检测提供了理论基础。首先,在空气中、高频(f=100Hz)疲劳载荷下,针对不同应力比(R=0.1、0.3、0.5)条件进行试验研究,获取应力比对4130X材料疲劳裂纹扩展速率影响规律。其次,将试件浸入浓度为400ppm的硫化氢环境中48小时进行预腐蚀处理,取出后在空气中进行三种应力比下的高频疲劳裂纹扩展试验,并将实验结果与未腐蚀试件进行对比,分析得到氢腐蚀对材料疲劳裂纹扩展速率的影响。再次,在低频(f=0.01Hz)疲劳载荷下,分别在空气中与浓度为400ppm的硫化氢腐蚀环境中进行4130X材料的疲劳裂纹扩展试验,获取模拟真实工况下材料的裂纹扩展性能,研究频率及腐蚀环境的变化等对裂纹扩展速率的影响。最终,以模拟真实工况下获取的4130X材料的疲劳裂纹扩展速率数据为基础,依照ASME相关标准,对含缺陷的气瓶进行安全评定及寿命评估,并针对该气瓶给出安全工作建议。主要研究成果为:(1)考虑不同频率(100Hz、0.01Hz)循环载荷下,不同应力比(0.1、0.3、0.5),不同环境(空气中、400ppm预腐蚀、400ppm腐蚀环境)对材料疲劳裂纹扩展速率的影响,得到裂纹扩展速率的da/d N-ΔK曲线共8组。(2)相同的实验环境及频率下,疲劳裂纹扩展速率随着应力比的提高而增大。R=0.3时裂纹扩展速率是R=0.1的约3倍,R=0.5时裂纹扩展速率R=0.1的约10倍,这是由于应力比的提高增大了平均应力,减小了裂纹闭合效应导致的。当频率从100Hz降至0.01Hz而其他条件不变时,疲劳裂纹扩展速率升高1.5倍,主要原因是随着加载频率的降低,裂纹尖端应变速率降低,裂尖塑性变形更加充分。预腐蚀处理使原子氢渗入材料内部,钢脆断敏感性增大,导致三种应力比下材料的疲劳裂纹扩展速率均比未腐蚀时增大了1.3倍左右。而材料在模拟真实工况环境下的结果显示,在裂纹扩展过程中,氢原子随着位错不断渗入材料内部、并在裂纹尖端处聚集,导致腐蚀疲劳裂纹扩展速率比空气中提高了7.3倍。(3)对含有裂纹的气瓶进行分析,预测了气瓶在安全工况下的使用寿命,提出了气瓶安全使用至报废期限的使用方案。所得到的研究成果从理论上阐明了在不同环境下4130X钢裂纹扩展规律,为材料的后续研究提供了理论基础。对4130X钢在实际工程中的寿命预测、安全评估、事故调查等方面提供依据。