不同雷电流分量作用下钢合金Q235B的损伤与温升特性

研究工业常用材料钢合金Q235B的雷击损伤和温升特性是油罐等防雷保护的关键基础之一。为此,采用模拟雷电流试验方法研究钢合金Q235B的雷击损伤与温升特性,通过高分辨扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散分析(EDS)和显微硬度测量仪观测合金遭受雷击后的表面损伤形貌、剖面损伤组织特征、元素含量变化和显微硬度变化,建立雷电流金属温升模型,分析合金温升变化及其与合金微观损伤组织形貌的对应关系。结果表明:幅值为201.2kA的首次短时间回击电流分量作用下合金的损伤面积最大,可达3523.8mm2;转移电荷量为210.1C的末次回击后长持续时间雷电流造成合金的损伤深度最深,为3.0mm;后续短持续时间回击电流分量下合金的损伤深度和温升可忽略不计。电流幅值为404A的末次回击后长持续时间雷电流分量作用下合金剖面在不同温升激励下出现了以马氏体为主相的损伤区、以马氏体与铁素体为主相的过渡区、以铁素体与珠光体为主相的基体的分层结构,损伤区和过渡区的临界形成温度分别为990℃和900℃,损伤区、过渡区和基体的显微硬度分别为450、310和180。

雷击时金属油罐的损伤与温升特性

雷击时金属油罐的损伤和温升特性是油罐防雷保护研究的关键基础之一。为此,采用模拟雷电流试验方法研究了金属油罐常用材料钢Q235B和铝3003的雷击损伤与温升特性,分析了不同雷电流分量、电流幅值、转移电荷量和作用积分对金属损伤和温升特性的影响。结果表明:不同雷电流分量冲击下金属的损伤特征差异明显;金属损伤面积主要取决于雷电流幅值,损伤深度主要取决于转移电荷量,雷电流的作用积分与雷击损伤的相关性较小;雷击造成的金属温升与转移电荷量近似成线性关系,回击后长持续时间雷电流分量造成的温升最高,幅值400 A的长持续时间雷电流分量作用下,厚度5 mm的钢Q235B金属板背面温升可达330℃,铝3003金属板的背面温升可达500℃,接近油气自燃点;相同转移电荷量的首次短时间回击电流和回击间长持续时间雷电流分量造成的温升相接近,后续短持续时间回击电流分量造成的温升可忽略。

3003铝合金在雷电直击情况下的损伤特性和损伤机理

雷击铝合金的损伤特性和损伤机理是油罐等防雷保护研究的基础之一。为此,基于模拟雷电流试验方法研究了不同雷电流分量作用下储油常用铝合金材料铝3003的损伤特性和损伤机理,通过采用高分辨扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散分析(EDS)对雷击3003铝合金的损伤形貌、组织形貌、损伤前后元素原子质量分数变化进行了观察和分析,结合不同雷电流分量的特性讨论了不同雷电流分量下合金的损伤特性和损伤机理。研究结果表明:首次短时间回击电流分量作用下,合金表面形成一层较薄氧化膜,膜层破碎萌生裂纹;回击间长持续时间雷电流分量作用下,合金损伤区第2相粒子密度增大且尺寸减小,过渡区第2相粒子密度明显减少,损伤区和过渡区界面出现树枝晶和带状晶界,合金受热熔化后在电应力作用下凝固不均匀产生裂纹;末次回击后长持续时间雷电流分量作用下,合金出现"过烧"现象,复熔程度加深,出现熔坑,合金损伤区形成了较多的析氢气孔,造成应力集中萌生裂纹。该研究结果可以为合金材料防雷性能的改进提供参考。