06Cr19Ni10不銹鋼管腐蝕疲勞彎曲裂紋擴展行為研究

   浙江至德鋼業有限公司計算分析06Cr19Ni10不銹鋼管的疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液腐蝕狀態下與未腐蝕狀態下的擴展速率與應力比Ｒ、加載頻率ｆ、應力強度因子的變化幅值、彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值、彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系．研究結果表明，隨應力比Ｒ不斷增大及加載頻率ｆ逐漸減小，06Cr19Ni10不銹鋼管的疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液腐蝕狀態下的擴展速率逐漸增大，其擴展速率增大的程度在裂紋擴展的第一階段較明顯，第二階段有所減弱，第三階段趨于平緩；在氯化鈉水溶液腐蝕狀態下的疲勞斷裂特性方面，線彈性疲勞彎曲裂紋與彈塑性疲勞彎曲裂紋與各影響因素的關系具有相似性。在工業生產中，尤其是船舶與海洋工程制造中，氯化鈉水溶液腐蝕是普遍存在的。氯化鈉水溶液腐蝕是由于化學或電離反應所產生的鈉離子和氯離子擴散到金屬內部所引起的各種破壞．海水中存在大量的氯化鈉，船舶與海水接觸的部分將會發生氯化鈉水溶液腐蝕。在石油化工企業中，許多設備都在高溫高壓下服役，尤其是氯化鈉水溶液裝置中的壓力容器，其內部的氯化鈉對安全性會產生較大威脅，使用壽命降低．所以，環境介質對工程結構材料疲勞斷裂性能的影響規律正日益受到科研工作者的重視。

   目前，已有的科研成果主要局限于氯化鈉水溶液腐蝕直線裂紋在疲勞載荷作用下的擴展特性研究，而工程實際中，在氯化鈉水溶液腐蝕狀態下，直線裂紋在擴展過程中將由于疲勞載荷的不完全對稱性、結構局部區域的物質不均勻性與物質衰變、斷裂韌度的空間變化等多種因素而發生彎曲擴展現象．目前針對疲勞載荷作用下的氯化鈉水溶液腐蝕線彈性與彈塑性彎曲裂紋斷裂性能參數計算和路徑預測等問題的研究很少，深度不夠。至德鋼業將對疲勞載荷作用下的氯化鈉水溶液腐蝕線彈性與彈塑性彎曲裂紋擴展行為問題進行研究。

  對公式進行計算分析，可知06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液中腐蝕狀態下的擴展速率比在空氣中未腐蝕狀態下大很多．開始當應力強度因子的變化幅值ΔＫ較小時，腐蝕與未腐蝕兩種狀態下的擴展速率差距較大，其后隨應力強度因子的變化幅值ΔＫ逐漸增大，兩種狀態下的擴展速率差距逐漸變?。S應力比Ｒ的不斷增大以及加載頻率ｆ的逐漸減小，06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液中腐蝕狀態下的擴展速率逐漸增大。06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋在腐蝕狀態下的擴展速率增大的程度在裂紋擴展的第一階段較明顯，第二階段有所減弱，第三階段趨于平緩，如圖所示。圖為加載頻率f＝5Hz時，06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率在不同應力比下與應力強度因子變化幅值的關系曲線．其中曲線是應力比R＝0.1時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.1時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.3時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.4時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.5時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.5時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線。圖為應力比R＝0.3時，06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率在不同加載頻率下與應力強度因子變化幅值的關系曲線．其中曲線是加載頻率f＝10Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝10Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝5Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系。曲線；曲線是加載頻率f＝5Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝10Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝10Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的線彈性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與應力強度因子變化幅值的關系曲線。

  對公式進行計算分析，可知06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液中腐蝕狀態下的擴展速率比在空氣中未腐蝕狀態下的大．開始當彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值較小時，腐蝕與未腐蝕兩種狀態下的擴展速率差距較大，其后隨彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值逐漸增大，兩種狀態下的擴展速率差距逐漸變?。S應力比Ｒ的不斷增大以及加載頻率ｆ的逐漸減小，06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋在腐蝕狀態下的擴展速率逐漸加大。06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋在腐蝕狀態下的擴展速率增大的程度在裂紋擴展的第一階段較明顯，第二階段有所減弱，第三階段趨于平緩，如圖所示。圖為加載頻率f＝5Hz時，06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率在不同應力比下與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線。其中曲線是應力比R＝0.1時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.1時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.5時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.5時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.7時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.7時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線。圖為應力比R＝0.3時，06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率在不同加載頻率下與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線．其中曲線是加載頻率f＝10Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝10Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝5Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝5Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝1Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝1Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端張開位移變化幅值的關系曲線。

  對公式進行計算分析，可知06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液中腐蝕狀態下的擴展速率比在空氣中未腐蝕狀態下的大．開始當彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的變化幅值較小時，腐蝕與未腐蝕兩種狀態下擴展速率差距較大，其后隨彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值逐漸增大，兩種狀態下擴展速率差距逐漸變?。S應力比Ｒ的不斷增大以及加載頻率ｆ的逐漸減小，06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液中腐蝕狀態下的擴展速率逐漸加大。06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋在腐蝕狀態下的擴展速率增大的程度在裂紋擴展的第一階段較明顯，第二階段有所減弱，第三階段趨于平緩，如圖所示。圖為加載頻率f＝5Hz時，06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率在不同應力比下與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線．其中曲線是應力比R＝0.1時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.1時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.3時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.3時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.5時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是應力比R＝0.6時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線。圖為應力比R＝0.3時，06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率在不同加載頻率下與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線．其中曲線是加載頻率f＝10Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝10Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝5Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝5Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝1Hz時未腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線；曲線是加載頻率f＝1Hz時腐蝕狀態下06Cr19Ni10不銹鋼管的彈塑性疲勞彎曲裂紋的擴展速率與彎曲裂紋尖端Ｊ積分變化幅值的關系曲線。

  1. 隨應力比Ｒ的不斷增大以及加載頻率ｆ的逐漸減小，06Cr19Ni10不銹鋼管的疲勞彎曲裂紋在氯化鈉水溶液腐蝕狀態下的擴展速率逐漸增大，其擴展速率增大的程度在裂紋擴展的第一階段較明顯，第二階段有所減弱，第三階段趨于平緩。

  2. 在氯化鈉水溶液腐蝕狀態下的疲勞斷裂特性方面，線彈性疲勞彎曲裂紋與彈塑性疲勞彎曲裂紋與各影響因素的關系具有相似性。

  3. 06Cr19Ni10不銹鋼管在工程結構中普遍存在，本文中為船舶與海洋工程、化工設備及其他腐蝕壓力結構的壽命評估、安全評定與可靠性設計提供了相應的理論計算模型。