模拟工业海洋大气环境下耐候钢拉伸与疲劳性能研究

作     者：张居正 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宗亮;刘晓刚

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：耐候钢 耐候性能 疲劳性能 单调拉伸性能 周期浸润腐蚀 

摘      要：耐候钢以其优良的性能正越来越多地应用到桥梁、塔架等实际工程中,但是在某些特殊环境下免涂装低镍耐候钢的适用性并没有得到充分的论证。本文针对我国城市常见的大气环境之一——工业海洋大气环境,通过周期浸润腐蚀试验开展腐蚀条件下耐候钢的耐候性能、单轴拉伸性能和疲劳性能试验研究,主要研究工作和成果如下:(1)设计了可模拟工业海洋大气环境的周期浸润加速腐蚀试验方案,通过相同腐蚀环境下Q235B普通钢的腐蚀情况建立了加速试验与自然大气暴露腐蚀试验之间的对应关系。讨论了通电腐蚀试验对耐候钢材的适用性,并通过腐蚀后锈层产物和钢材形貌判定通电腐蚀试验不适用于耐候钢材。(2)通过对周期浸润腐蚀后的钢材进行表面观察、基体扫描、锈层分析和腐蚀深度计算,发现在模拟工业海洋大气环境下Q355NHD具有一定的耐候性能,但其腐蚀速率等宏观指标相比于普通钢并不突出。(3)对不同腐蚀时间下的Q355NHD进行单轴拉伸试验研究,结果表明:周期浸润腐蚀8周后(腐蚀深度为0.336mm,相当于工业海洋大气环境腐蚀20年)Q355NHD母材试件的屈服强度和抗拉强度分别下降8.1%和7.2%,对接焊缝试件分别下降14.1%和12.5%。(4)对不同腐蚀时间下的Q355NHD进行疲劳试验研究,结果表明:周期浸润腐蚀5周和8周后Q355NHD母材试件的设计疲劳强度分别下降32.0%和35.6%;对接焊缝试件的设计疲劳强度分别下降20.7%和30.3%。在腐蚀8周后Q355NHD仍然满足GB 50017-2017《钢结构设计标准》中疲劳设计要求,取置信度95%、失效概率不超过1%,腐蚀后母材试件和对接焊缝试件的设计疲劳强度分别具有89.3%和143.5%的安全余量。