GB T 15970.5-1998 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第5部分;C型环试样的制备和应用.pdf

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1、GB/T 15970.5-1998 前亩本标准等问采用国际标准1807539-5: 1989(金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第5部分:C型环试样的制衡和应用。GB/丁15970在金属和合金的腐蚀服力腐蚀试验总标翩下包括以下部分:第1部分;(GB/T 15970.1-1995)试验方法总则第2部分t弯梁试样的制备和应用第3部分;(GB/T 15970.31995)U型弯曲试样的制备和应用第4部分:单轴加就拉伸试样的制备和应用第5部分;(GB/T 15970. 5-1998)C型环试样的制备和应用第6部分;(GB/丁15970.61998)翻翻纹试样的制备和应用第7部分z慢应变速率试验第8部分z焊接

2、试样的制备和应用第2、4、7、8部分将陆续制定。本标准的附录A是标P院的附录。本标准由原冶金工业部提出。本栋准由原冶金部信息、标准研究院归口。本标准越幕单位:原冶金部钢铁研究总院、上梅核工程研究设计院、原冶金部情息标准研究院。本标准主要起草人:何明山、周名耀、纪晓春、柳搏精。GB/T 15970.5-1998 。前亩1S0(阔际标准化组织)是各陶标准机构CISO成员周体)的世界性联合组织。国际标准的制烧工作通过1S0技术委员会正规地进行。对某课题感兴趣的每个成员团体均有权参加为该课题建立的技术委员会。与1S0协作的国际组织、政府和非政府机构也可参加工作。IS。在所有电工标准化方丽与国际电工委员

3、会(l配C)密切合作。由技术委员会采用的国际标准草案组成员团体传阅赞成后，由1S0委员会采纳为国际标准。按1S0的程序，草案至少需要75%的成员团体投赞成票方能通过。国郎标准IS07539习是由ISO/TC156金属和含金的腐蚀技术委员合制定的。1S0 7539在金属和含金的腐蚀应力腐蚀试验总标题下，包括以下部分:第1部分:试验方法总则第2部分:帮梁试样的制备和应用第3部分:U型弯翩试样的制备和应用第4部分:单袖加载拉伸试样的制备和应用第5部分:C型环试样的制备和应用第6部分:预梨纹试样的制备和应用第7部分:慢应变速率试验第8部分:焊接试样的制备和脂用附最A构成IS07539习的一个组成部分。

4、GB/T 15970.5-1998 51 中吼叫本标准是GB/T15970系列栋准之一，诙系列标准始出设计、制备和应用不问樊型试样进行试验，以评价金属抗服力腐蚀的性能的试验程序。使用该系列标F使中的任一标准，都要阅读GB/T15970. 1的有关条款。这有助于选择涌用于特定环境的适当的试瞌程序，也有助于给出评价试验结果重要性的指导性意见。1 范围中华人民共和国国家标准金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第5部分:C型环试样的制备和应用Corrosion of metals and alloy-Stress corrosion testing Part 5: Preparation and use of

5、 C-ring specimens GB/T 15970.5-1998 idt ISO 7539-5: 1989 1. 1 本标准包括栓验金属和合金应力腐蚀敏感性用的C型环试样的设计、制备、加载、暴露及检查等方法，提供了C型环试样应力状态和分布的分析。本标准中金属一词也包捂合金。1.2 c型环是一种用于提i定各种金属在力腐蚀破裂敏感性的用途广泛市经济的试样，适用于多种产品形式包括焊件。特别适用于管、棒和板的试验觅图。也可以使用带缺口试样(觅5.3.肘。.3 可以使唱简单的恒载荷或握应变装置将C型环试样加载到预定值。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引尾部构成为本标准的条文。本标准

6、出版时，既示版本均为有效。所有标准都会被锋订，使用本际准的各方在探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 15970.1-1995 金属如合金的腐蚀应力腐蚀试验第1部分z试验方法总员。GB/T 15970.6-1998 金属和合金的震蚀应力腐蚀试验第6部分z预裂纹试样的制备和应用3 定义GB/T 15970.1给出的定义，适用于本标准。4 原理4. , 试验包括将试样恒载蓓或程应变加载，目的是参照第7章中的一个或几个参数测定应力腐蚀敏感性。4.2 腐出环境可能使材料受应力时产生的性能劣化超过相同环境不受应力时产生的性能劣化。这种劣化程度可用几种不同方式表示，以评价应力腐蚀敏感性。4.3 由应

7、力费蚀引起蔽坏的最普通的形式包括裂纹的萌生和扩展。当试验进行了适当的时间，其中一条或几条裂织可能最终导致试样整体破坏。4.4 部使采用标称相同的试样，对给定的金属和环境所得试验结果可能有较大的差异，因此往往又需要进行重复试验。如果试样尺寸不同、取向不同，或加载方法不窍，试验结果差异可能会更大。4. 5 承受应力的试样暴露于试验环境后至出现裂纹费需的时间或临界应力慑于此应力不出现裂纹)可用来评定材料在试验环境中实际使用的应力水平下的抗应力腐蚀性能。国家质量技术监督局1998-12-07批准1999- 07 -01实施GB/T 15970. 5-1998 管棒和杆/纵向板图1各种产品的取样方法GB

8、/T 15970.5-1998 5 试样5. 1 试样设计5.1.1 c型环的尺寸可在很宽的程雷内变化，但不推荐外径小于15mm的C型环，否则会增加机加工的难度并降假加载的准确撞。环的尺寸影响应力状态，在5.2条中对此进行了讨论。图2是表示典型尺寸的C型环11日工圈。5.1.2 在对具有走向品粒结构的厚截菌材料试验时，重要的是使C型环主应力的方向垂直于应力赛蚀蔽裂抗力最小的平雷。否则，可能在环的中，心位置以外某处产生裂纹，而此处应力未知旦低于计算值(见5.3.3)。在向加工人员提供适当的卸工工艺。C型环试样也可制成带缺口的或预制疲劳裂纹的试样，其应力状态分别在5.3.8和GB/15970.6中

9、予以考虑。5.2 应力分析19J庭小土o.4 f余飞吗J国2C型环试样实织i如经士0.05#内吕立0.051. 6.、5.2.1 c型环试样受到的主要应力是周向应力，此应力是沿厚度方向梯度变化的不均匀应力，即从某一表面上的最大拉应力变化到相反表面上的最大压应力。应力也围绕着C望环周向变化，从每个螺孔娃的零垣变到加载螺栓对面圄强中央的最大值。根据院录A(标准的附录计算的应力值仅代表露弧中，心处横跨环体宽度的一条线上的应力。因此，如果应力是由在C型环拉应力面上测定的应变值确定的话，应变片应该装在噩强中央以便指示最大应变值。应力也沿着环的宽度变化，其变化程度决定于环的宽度与厚度及直径与厚度的比值。一

10、般情况下，如图3a)和图3机街示方式都载时，外表西的拉应力，边缘比中央大，雨如国3c)所示方式加载时，内表面的拉应力，边缘比中央小。5.2.2 c型环应力体系的另一个特征是存在双轴应力，那横向及周向应力。横向应力从宽度中，心位置的最大值逐渐变到边缘位置的零值。丽旦与周向应力的符号相窍。一般地说，横向应力随着宽度与厚度比值的减少和直径与厚度比值的增加而减小。5.2.3 在开缺口的C型环情况下，缺口的根部酣近存在着三轴应力。此处，缺口根部的题:每在力将大于名义应力，一般预计此勇向应力处于塑性范围内。5.2.4 当用明显存在残余应力的材料加工C型环时，或者对视加工以后的C型环进行热处理(包括津火)时

11、，环中可能存在内应力。这些内在力可能导致计算在力时的误差。为了计算管子中的残余应力必级在轴向切割管子的前后拥量管子直径。5.2.5 应该考虑试样在暴露(尤其是在高温下期间存在应力松弛的可能性。如果可以得到环体和加载GB/T 15970.5-1998 螺钉的蠕变数据，这种应力松弛可以估算。注z在高温试验时，如果环体和螺栓有不同的热膨胀系数.施加的应力可能有碗显的变化。同样，如果为了避免电化学腐蚀，使用塑位绝缘体时，也应该预测其应力松弛的可能性。5.3 加载方法5.3.1 c型环试样通常是恒位移加载，即沿环直径中央方向扭紧螺栓，环的外表面产生拉伸应力(见国3a) )。5.3.2 c型环也可以通过展

12、开环体反方向都载，使内表噩产生拉应力(如雷3c门。或最好使用模形张开技术，使C型环的两臂向夕卡拉移如图4所示。这里所需要的位移是通过捶入一个精加工的模子实现的，该模子应采用与C型环相同的材料以避免电偶效应。图4显示出一种适用的模形如载卡具。5.3.3 c理环试验可以改进为用一种放置在如载螺钉上经适当校准的弹簧，使之成为近f垣载荷条件下的试验(见自3b门。a)恒应变b)恒载荷c)恒应变图3C型环试样的加载方法5.3.4 最精确的加载方法是在受拉应力的表E贴上周向和横向电阻应变片，然后扭紧螺栓直到应变测量值达到需要的周肉应力为止。题向应力矶和横向应力z只要在弹性莲罢内，则丐接下式计算z式中:E弹性

13、模量，Pa;一一一泊怯比pc一一一周向应变号已横向应变。矶=占7叶J0, =了王一长t+i一-p-当在薄壁C型环上使用电盟应变片时，对应变片在环表西上的位移将允许修正。在暴露试验前必须从C型环上除去应变片租粘合肃的全部痕迹。当计算高子弹性极限的应力时，可以在弹-塑性分析的基础上进行。5.3.5 当对几个梧同合金和相同尺寸的C型环加载时，为了避免测定每个环的麻烦，可测定周向应力对环挠度的标定曲线。5.3.6 在C型环上只产生弹性应变所需要的压缩量和弹性应变的程度，在理论上能够计算。因此，C型环可以接附录A所示的修正的弯梁公式，代人每个环的尺寸，然后根据计算出的产生萤定弹性应力所需的挠度进行加载。

14、经验证明，用此法计算的应力和用在试样上黯应变片费定的应力符合得很好。GB!T 15970.5-1998 5.3.7 另外，要计算在不同外如位移情况下，整个C型环试样上的应力-应变分布，可以用有限元应力分析法进行计算。这种分析应使用己编制的有限元程序，由完全熟悉有限元技术的人员进行。对于几何形状和加载方式较复杂的试样，不能用简单的理论分析进行计算，通常使黑这种有限元应力分析方法进行计算。5.3.8 对于带缺口试样(见5.2.3)，名义应力用在缺口根部测量环的外径进行计算，然后根据名义应力和特定缺口的应力集中系数KT的乘积计算缺口处的最大应力。5.4 机加工和表面处理5.4.1 除要求检验管材或棒

15、材的原始表噩外，腐惶试验总是希望试样有高质量的抗如工表面。当用实必坯料加工C型环试挥时，应该前止操作中发生过燕，塑性变形或在金属表面产生残余应力。抗力日工应该分阶段进行，最后一道切盲目加工后的主要表面粗糙度的均方提值等于或小于1ffio应该避免能使金属产生塑性流变的研磨、就模描光和其他类似的操作。5.4.2 暴露试挂前，试样的表面应进行除油处理。可以用化学和电化学方法去除氧化膜或机加工过程中金震表面产生的薄的畸变屋。如果使用这两种方法，页。必须保证处理条件不使金属产生选择性梧侵蚀或表面留有不希望有的残渣沉积。对于易造成氢致损伤的材料，绝对不能采用那些能在武样表亩产生氢的处理方法。5.4.3 擦

16、了加载区域可以最后擦油外，其余部分的表面处理均应在C重环如载之前完成。5.4.4 在最后的表面处理完毕后，要处处小心，以避免印上指绞或任何损伤表面粗糙度的粗鲁操作。图4安放模形张开插入物的卡具5.5 试样标志5.5.1 试样号可以刻在C理环切口的一个端部附近，在两螺栓孔之间重要的如载段不应作任何种类的标记。可以利用一个辅助螺母将非金属挥牌固定在加载螺栓上。5.5.2 模影张开如载试样号可以刻在部载模附近的环的外表面上。6 试验步骤6.1 c型环试样因其尺寸小和加载方法简单，几乎可以暴露于任何种类的腐惶环境中，支承试样时应缴费，试样关键加载部位除接触腐蚀介质外，不接触其他任何物体。6.2 必须注

17、意避免C型环、加载螺栓、螺母或加载模及暴露架之间的电鸽效应。可以用绝缘套(图5a)和b)或黑涂层(虫在自5c)加以防护，还必须防止缝隙腐蚀，吕为缝隙腐蚀会在环体与加载装置之闰产G/T 15970.5-1998 生腐蚀产物，使C型环的应力值产生变化。围5c)所示的涂层保护法也适用于防止缝隙腐蚀。选用的涂层或绝缘物应该既不污染腐出介质也不被腐蚀介贡破坏。a)隔离绝缘套b)球形绝缘套c)涂层噩5防止缝隙腐蚀及电鹊腐蚀方法6.3 试祥在拉载后应立即暴露于试验环境中或者储存起来，以避免试祥在暴露前受污染或损坏。7 试验结果的评定7. 1 加载试样暴露于试验环境以后出班裂纹所需的时间或出现裂纹的临界应力低

18、于该应力不出现裂纹)可用来评定材料在该试验环境中及使用应力水平下的抗应力腐饿的性能。7.2 用对应丈属性敏感的合金制成的C型环试样，承受高应力时破裂通常是明显的。7. 3 承受低应力的C型环试样或由酣蚀合金制成的C型环试样，尤其是当裂纹被腐蚀产物遮蔽的情况下，破裂可能是很不明显的。7.4 如果C翠环没有断裂，必须根据可辨认的破裂程度，采用某一合适的破黯判据进行评定。裂纹一般是用肉摄或放大镜栓查。7.5 如果用上述捡查方法兢察到了裂纹现象，旦不能晓确地断定是一条裂纹时，研究者在该选择下面离条中的任意一条来判定:a)记下怀疑是第一条裂纹的时间和吕期，继续进行暴露试验、观察裂纹进一步扩展情况.以证实

19、捏怀疑的第一条裂纹出现的时间作为破裂时间是否正确;b)停止暴露试验，并对怀挺裂纹的横断面作金相检查以确定是否存在裂纹。7. 6 对断裂主在破裂C型环的金相检查也有助于确定破坏是由应力腐蚀破裂还是由其他形式的腐惶引起的。8 试验报告8. 1 除报告破裂的试样数量和每个过样的破裂时间外，还应报告下列有关试验内容:a)加载方法zb)外加应力的大小;c)试样的取向;d)试样尺寸和表面做j备情况FU试鞋介盾;f)试验持续时间zg)破裂的判据。8.2 有关试验金属的全部资料包括下列内容也应报告:a)金属牌号或技术条件号手b)试验材料的成分;c)制作过程;出热处理制度手的力学性能。GB/T 15970.5-

20、1998 F悻录A(标准的酣录)C型环试样的应力的计算公式使用下列公式能够计算出需要给出期望应力的C型环最终外径岛。式中:D-C型环加载前的外径，mm;Df=D士t:Dt:D=d2/4EtZ Df-C型环加载后的外径(外径的测量方向与通过最大应力点的中心线垂直)，mm;一一需加的应力(在比例摄限革望之内)，MPa;f:，.D-fz:.生所需应力D的变化量，mm;d一一手均直径(D-t)，mm;t 噎厚，mm;E 弹性模量，MPa;Z 弯梁的校正系数(见图Al)。对于给定的C型环尺寸进行多次试验研究时，为了避免重复计算，可割成象表A1那样的表。在本方法中的误差主要来摞于C型环的尺寸测量，如果以外

21、径为19m血和壁厚为1.5 mm的典型C重环为例，黯量精度可达0.03mm，则计算值的偶然误差不超过3%，商对于较长和较厚的环这个误差会更小c然而在测量环加载前和加载后的外径时出现的0.03mm误差将对实际产生的应力有着不同的影响，影响的程度黯既需应力和环外径的大小而变。对于上述尺寸的环，f:，.D的百分误差，当=350 MPa晖，是士3%，部=35MPa时，则是:f:30%。表A1为公称外径为19mm，璧军为1.5 mm，弹性摸量为100000MPa的合金加载至500MPa的C型环捷度t:D。表Almm 外径壁厚18.88 8.91 18.94 18.97 19.00 19.03 19.06

22、 19.09 19. 12 1. 41 。.899。.902O. 905 0.907 0.910 0.913 0.916 0.919 。.9221. 42 0.892 。.89主。.897。.900。.9030.906 0.910 。.912O. 915 1. 43 0.885 0.887 。.8900.893 0.896 0.899 0.902 0.905 0.908 1. 44 0.878 0.881 0.884 0.887 0.890 0.892 0.895 。.898。.9011. 45 。晕8710.874 0.877 。.8800.883 0.886 0.889 0.892 。.8

23、931. 46 。.865。.8680.871 0.874 0.876 O. 879 。.882。.8850.888 1. 47 0.858 0.861 0.864 0.867 O. 870 O. 873 。.8760.878 0.881 1. 48 0.851 0.85,1 0.857 0.860 0.863 0.866 0.869 。.871。.8741. 49 。.8450.848 0.851 0.853 0.856 。.8590.862 。.865。.8671. 50 0.839 0.842 0.844 0.847 0.850 0.853 0.856 。.8590.861 1. 51

24、0.833 0.835 0.838 0.841 0.844 0.847 。.849。.8520.854 1. 52 0.827 0.829 0.832 O. 835 。.8380.841 。.8430.845 0.848 1. 53 。.8210.823 0.826 O. 829 0.832 0.835 。.837。.8390.842 1. 54 0.815 0.817 0.820 0.823 0.825 。.8290.831 。.8330.836 1. 55 0.808 0.811 0.814 0.817 。.8200.823 0.825 0.827 0.830 GB/T 15970.5-1

25、998 表Al(完)口1m外径壁厚19.00 ! 19.03 18.88 8.91 18.94 18.97 19.06 19.09 19.12 1. 56 0.802 0.805 0.808 0.811 0.814 0.817 0.819 0.821 0.824 1. 57 0.797 0.800 0.802 0.805 0.808 0.811 0.813 0.815 0.818 1. 58 0.791 0.794 0.797 0.799 0.802 0.805 0.813 1. 59 0.785 0.788 0.791 0.793 0.796 0.799 0.802 0.804 0.807 1. 60 0.780 0.783 0.785 0.788 0.791 0.793 0.796 I 0.799 0.801 注1 对于一个特定的C型环，为了确定产生预定应力所需的挠度，可在表中查出该环外径及壁厚相应的数字，再乘以1500即可。2 对于真育不同弹性模量E的合金，可计算另一张表或者从上表中查出的t:)值除以EX105 1. 00 。.980.9在,.-.-r-T / 0.94 r、是。.92O. 90 0.88 0.86 。10 20 30 40 50 60 7号80 吉。100 d/t 图Al弯梁校正系数