Q235 系列材料硬化前后的缺口敏感性試驗研究

周 瑞，王學友，嚴 偉，李若谷，張蘊昕，何明霞，姜 洋，葉禮成

（1.南京電力金具設計研究院有限公司，江蘇 南京 211500；2.中國能源建設集團南京線路器材有限公司，江蘇 南京 211500）

0 引言

缺口敏感性試驗的目的是了解在帶有一定的應力集中的缺口條件和外加應力達到破壞的情況下，材料抵抗裂紋擴展的傾向和能力。目前，曹睿等[1]研究了K418 合金和TiAl 合金的缺口敏感性差異和斷裂機理；李寶虎等[2]研究了不同時效條件下的TP310HCbN鋼缺口敏感性；而對普通碳素結構鋼Q235 系列的相關試驗研究還沒涉及。

耐張線夾是輸電線路的重要金具之一，本體分為鋁管和鋼錨兩部分，由于耐張鋼錨中心同軸度公差超標、壓接變形和鋼錨壓接部位存在夾雜物等因素，容易導致鋼錨壓接區出現微裂紋。以某500 kV 線路地線耐張線夾鋼錨斷裂事故為例，通過分析發現，鋼錨斷口附近裂紋中存在夾雜物，截面可見清晰的裂紋擴展紋絡[3-4]。因此，有必要研究覆冰地區Q235 系列鋼錨材料硬化前后的缺口敏感性。

1 缺口敏感性試驗簡介

通常用光滑試樣的抗拉強度σb和缺口試樣的抗拉強度σbH的比值作為缺口敏感性的指標；即qe，當qe<1 時，缺口處發生了塑性變形擴展，說明缺口敏感性小或不敏感。當qe>1 時，缺口處還未明顯發生塑性變形擴展就早期斷裂，說明缺口敏感。如圖1 所示，為光滑試樣和缺口試樣的試件加工尺寸圖[5-6]。

圖1 缺口試樣和光滑試樣的試件尺寸圖

本試驗通過立式拉力機，在-30～20 ℃溫度區間內選取5 個溫度點，對壓接硬化前后的缺口試樣和光滑試樣分別進行拉伸試驗，通過拉伸試驗確定材料的拉伸強度、屈服點和屈服強度等數值，進而分析出Q235 系列材料缺口敏感性指標。

2 Q235 系列材料試驗對比分析

考慮到耐張線夾鋼錨在安裝過程中要進行壓接，使鋼錨與導線的鋼芯融合為一體。因而，通過對材料硬化（壓接）前后的Q235B、Q235C 和Q235D 進行缺口敏感性試驗，分析同等情況下Q235 系列材料的缺口敏感性數值差異，進一步選出更適合覆冰地區使用的耐張線夾鋼錨材料[7-8]?？紤]到覆冰地區耐張鋼錨的使用環境，因而在20 ℃～-30 ℃溫度范圍內選取5 個溫度點，每個溫度點對應材料硬化前后的光滑和缺口試樣各1 各，通過材料抗拉強度數值比來衡量材料缺口敏感性。如圖2 所示，為Q235 系列材料硬化前后試樣加工照片。

圖2 Q235 系列材料硬化前后試樣

由表1 可知，在-30～20 ℃溫度范圍內，Q235B材料硬化前的缺口敏感性數值比在0.69～0.72 范圍內，硬化后的缺口敏感性數值比在0.54～0.67 范圍內，比值均無明顯變化規律，呈現出一定的隨機特征。通過進一步的對比分析發現，溫度的變化對于Q235B材料缺口敏感性影響不明顯，而材料硬化后，光滑試樣與缺口試樣的抗拉強度比值變小，說明Q235B 材料硬化后缺口敏感性降低，脆化傾向變小，材料的斷裂韌性也越好。

表1 Q235B 材料硬化前后的缺口敏感性比值表

由表2 可知，在相同溫度范圍內，Q235C 材料硬化前的缺口敏感性數值比在0.70～0.72 范圍內，硬化后的缺口敏感性數值比在0.56～0.60 范圍內，比值變化范圍比Q235B 減小，但同樣呈現出一定的隨機性。因此，溫度的變化對于Q235C 材料缺口敏感性影響同樣不明顯，且材料硬化后的缺口敏感性比值qe在同等情況下也有所降低，說明Q235C 材料硬化后缺口敏感性與Q235B 一致，即缺口敏感性降低，脆化傾向變小，材料的斷裂韌性更好。

表2 Q235C 材料硬化前后的缺口敏感性比值表

由表3 可知，在相同條件下，Q235D 材料硬化前的缺口敏感性數值比在0.68～0.71 范圍內，硬化后的缺口敏感性數值比在0.55～0.81 范圍內，比值變化范圍比Q235B 和Q235C 都大，考慮到樣本數量有限，試驗結果存在一定的隨機性。但是，Q235D 材料硬化后的光滑試樣和缺口試樣抗拉強度數值比均比材料硬化前的光滑試樣和缺口試樣抗拉強度數值要大，說明Q235D 材料硬化后，材料脆化傾向變小，材料的斷裂韌性更好。

表3 Q235D 材料硬化前后的缺口敏感性比值表

表4 為Q235 系列材料硬化前后的缺口敏感數值均值對比表，在-30～20 ℃溫度區間內，通過對比Q235B、Q235C 和Q235D 材料硬化前后的缺口敏感性比值可知，溫度對于Q235 系列材料的缺口敏感性影響不大，而材料硬化后比硬化前的缺口敏感性比值均有所減小，說明Q235 系列材料硬化后缺口敏感性有所降低，脆化傾向變小，材料的斷裂韌性也變好。且同等情況下，Q235B、Q235C 和Q235D 之間的缺口敏感性比值區別不大。

表4 Q235 系列材料硬化前后的缺口敏感性比值表

3 結論

（1）在-30～20 ℃溫度區間內，溫度對于Q235 系列材料（壓接硬化前或壓接硬化后）的缺口敏感性影響不明顯。

（2）Q235 系列材料在壓接硬化后缺口敏感性比值總體上有降低趨勢，比值均小于1，都屬于不敏感材料。

（3）僅從材料壓接硬化前后的缺口敏感性方面考慮，Q235B、Q235C 和Q235D 均可運用于耐張線夾的鋼錨材料選型，且材料硬化后脆化傾向均變小，材料的斷裂韌性也都更好。