周 瑞，王學(xué)友，嚴(yán) 偉，李若谷，張?zhí)N昕，何明霞，姜 洋，葉禮成

（1.南京電力金具設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 211500；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)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(yīng)力集中的缺口條件和外加應(yīng)力達(dá)到破壞的情況下，材料抵抗裂紋擴(kuò)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(jī)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(jié)構(gòu)鋼Q235 系列的相關(guān)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(biāo)、壓接變形和鋼錨壓接部位存在夾雜物等因素，容易導(dǎo)致鋼錨壓接區(qū)出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，鋼錨斷口附近裂紋中存在夾雜物，截面可見清晰的裂紋擴(kuò)展紋絡(luò)[3-4]。因此，有必要研究覆冰地區(qū)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(qiáng)度σb和缺口試樣的抗拉強(qiáng)度σbH的比值作為缺口敏感性的指標(biāo)；即qe，當(dāng)qe<1 時，缺口處發(fā)生了塑性變形擴(kuò)展，說明缺口敏感性小或不敏感。當(dāng)qe>1 時，缺口處還未明顯發(fā)生塑性變形擴(kuò)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(jī)，在-30～20 ℃溫度區(qū)間內(nèi)選取5 個溫度點(diǎn)，對壓接硬化前后的缺口試樣和光滑試樣分別進(jìn)行拉伸試驗，通過拉伸試驗確定材料的拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和屈服強(qiáng)度等數(shù)值，進(jìn)而分析出Q235 系列材料缺口敏感性指標(biāo)。

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(jìn)行壓接，使鋼錨與導(dǎo)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(jìn)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(shù)值差異，進(jìn)一步選出更適合覆冰地區(qū)使用的耐張線夾鋼錨材料[7-8]?？紤]到覆冰地區(qū)耐張鋼錨的使用環(huán)境，因而在20 ℃～-30 ℃溫度范圍內(nèi)選取5 個溫度點(diǎn)，每個溫度點(diǎn)對應(yīng)材料硬化前后的光滑和缺口試樣各1 各，通過材料抗拉強(qiáng)度數(shù)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(nèi)，Q235B材料硬化前的缺口敏感性數(shù)值比在0.69～0.72 范圍內(nèi)，硬化后的缺口敏感性數(shù)值比在0.54～0.67 范圍內(nèi)，比值均無明顯變化規(guī)律，呈現(xiàn)出一定的隨機(jī)特征。通過進(jìn)一步的對比分析發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)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(nèi)，Q235C 材料硬化前的缺口敏感性數(shù)值比在0.70～0.72 范圍內(nèi)，硬化后的缺口敏感性數(shù)值比在0.56～0.60 范圍內(nèi)，比值變化范圍比Q235B 減小，但同樣呈現(xiàn)出一定的隨機(jī)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(shù)值比在0.68～0.71 范圍內(nèi)，硬化后的缺口敏感性數(shù)值比在0.55～0.81 范圍內(nèi)，比值變化范圍比Q235B 和Q235C 都大，考慮到樣本數(shù)量有限，試驗結(jié)果存在一定的隨機(jī)性。但是，Q235D 材料硬化后的光滑試樣和缺口試樣抗拉強(qiáng)度數(shù)值比均比材料硬化前的光滑試樣和缺口試樣抗拉強(qiáng)度數(shù)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(shù)值均值對比表，在-30～20 ℃溫度區(qū)間內(nèi)，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(qū)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(jié)論

（1）在-30～20 ℃溫度區(qū)間內(nèi)，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(yùn)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。