氢陷阱对纯净钢SM490B中氢扩散行为的作用

利用电化学氢渗透法研究了氢陷阱对纯净钢SM490B中氢扩散的影响,研究结果表明,在SM490B钢中不可逆氢陷阱对氢的表观扩散系数没有影响,但会延长氢原子的穿透时间,而可逆氢陷阱则降低了氢的表观扩散系数.当氢渗透电流密度小于8 mA/cm2时,随充氢电流密度增加,氢原子的表观扩散系数随之增大;当氢渗透电流密度大于8 mA/cm2后,随着氢渗透电流密度的增大,氢在SM490B钢中的表观扩散系数保持恒定.在温度30℃时,氢原子在无氢陷阱的纯净钢SM490B理想晶格中的扩散系数为3.97×10-5cm2/s.     

氢在20g纯净钢中的扩散研究

用双电解池氢渗透方法研究了20g纯净钢中缺陷对氢扩散的影响.实验结果表明:新鲜试样氢渗透曲线中氢的穿透时间最长,而氢渗透实验后未经处理的试样再次氢渗透实验时的氢穿透时间最短,这是由于钢中氢陷阱滞后了氢原子从试样的阴极面扩散至阳极面的时间所致.时间滞后法的计算结果表明,20g纯净钢中的氢陷阱严重降低了氢的表观扩散系数.     

氢陷阱对临氢钢氢扩散系数测定的影响

采用双电解池电化学氢渗透法测试氢在临氢钢中的扩散系数,并通过对比修正前后氢渗透公式的拟合结果,评价临氢钢中的氢陷阱对氢扩散行为的影响。结果表明:氢陷阱会降低氢扩散系数的测量值,并导致不同厚度试样的测量值存在差异。从材料均匀性方面考虑,选取较厚的试样应获得更准确的测试值。     

回火温度对系泊链钢氢扩散行为的影响

系泊链对海洋平台的安全性起着重要的作用。本文用电化学氢渗透方法研究了560、600、640℃三种回火温度对系泊链钢氢扩散行为的影响。结果表明:可逆氢陷阱比不可逆氢陷阱对材料的表观扩散系数影响较大;随着回火温度的升高,氢的表观扩散系数增加,扩散通量增加,表观扩散激活能减小;随着渗透温度的增加,氢的表观扩散系数增加,穿透时间减小。     

一种车用低合金铸钢氢扩散系数的测定方法

采用双电解池电化学氢渗透法测试氢在一种低合金铸钢中的扩散系数,并利用基于半无限扩散模型的氢渗透修正公式,分析试样厚度、充氢电流密度和测试温度等因素对氢扩散系数测定值的影响规律。结果表明:试样厚度对氢扩散系数测量值没有明显影响,不过从材料均匀性方面考虑,选取较厚的试样应获得更准确的测试值;充氢电流密度越大,表观氢扩散系数与理论值越接近;氢扩散系数随测试温度升高而增大,其关系式为D=0.052 8exp(-22.47/RT)。     

石油用S135钻杆钢氢渗透与氢致滞后开裂行为

通过电化学渗氢技术与恒载荷拉伸试验方法,研究了不同充氢电流密度下S135钻杆用钢的氢扩散系数、试样中的可扩散氢浓度及其氢致开裂门槛应力。结果表明,S135钻杆用钢在0.5 mol/L H2SO4+0.25 g/L As2O3溶液中电化学充氢后的可扩散氢浓度C0与充氢电流密度的平方根i成正比,恒载荷条件下,氢致开裂门槛应力σHIC随可扩散氢浓度的对数lnC0的升高而下降。     

氢在X90管线钢中的扩散特性

利用电化学渗透技术对X90高强度管线钢在0.5mol/L H_2SO_4中的氢渗透特性进行了研究。获得了不同充氢电流密度、溶液温度和试样厚度条件下X90管线钢的氢扩散规律。结果表明:随着电流密度和试样厚度增大,氢在X90管线钢中的有效扩散系数均逐渐增大,而氢含量则逐渐减小;随充氢溶液温度的升高,有效扩散系数也逐渐增大;并分别获得了有效扩散系数和氢含量与试样厚度的拟合关系式。     

回火温度对含Nb低合金高强度钢氢行为的影响

采用X射线衍射、电化学氢渗透和动态充氢拉伸试验研究了含Nb低合金高强度钢560、600和640℃回火的氢行为,建立了氢扩散系数、氢浓度、氢扩散激活能与氢陷阱密度之间的定量关系。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢的位错密度降低,氢陷阱密度降低,氢扩散系数增大,氢扩散激活能和氢浓度降低,氢脆敏感性下降。     

贝氏体/马氏体复相高强钢中的氢陷阱

运用电化学渗透技术研究了传统高强钢(42CrMo)和贝氏体/马氏体复相高强钢(U20Si)中氢的扩散和氢陷阱。结果表明，氢在U20Si钢中的扩散系数远小于在淬火回火的42CrMo高强钢中的。另外，两种材料中氢陷阱的情况不同，U20Si钢中的氢陷阱主要为高度均匀弥散分布的贝氏体/马氏体板条界和薄膜状残留奥氏体，而42CrMo钢中的氢陷阱主要为铁素体/渗碳体界面。U20Si钢中的氢陷阱数量超过42CrMo钢的。力学性能测试表明，U20Si钢的氢脆敏感性低于传统的42CrMo钢的。断口分析显示前者的断口为准解理，后者的断口为沿晶断裂。U20Si钢氢脆敏感性低与其氢陷阱数量多且分布均匀密切相关。     

渗铝钢的抗氢损伤性能

采用钝化助镀法在30CrMo钢表面获得热浸铝层,通过扩散渗铝和调质处理获得了渗铝钢试片和试棒.用氢渗透电化学技术测量了渗铝钢在饱和H2S盐水中的渗氢曲线,得到了不同温度(T)下氢在渗铝钢中的扩散系数(D),拟合得到了T与D的关系式,并研究了溶液中NaCl和CO2对稳态氢渗透电流(Imax)的影响.比较了30CrMo渗铝钢在饱和H2S盐水中腐蚀前后的机械性能.结果表明：热浸渗铝钢对氢扩散有明显的阻滞作用,其抗氢损伤性能好于基体钢材.     

微观组织对GCr15轴承钢氢扩散行为的影响

通过对球化退火态、球化退火+淬回火(Q&T)态GCr15轴承钢进行电化学氢渗透试验来描述氢扩散行为,并分析了微观组织以及热处理状态对氢扩散行为的影响。结果表明,对于球化退火态试样,碳化物的分布情况对氢扩散行为影响很大。氢在带状碳化物中扩散最快,而沿晶界分布的网状碳化物作为氢陷阱,可以捕捉更多的氢原子。Q&T试样中,氢在带状未溶碳化物中扩散最快,且随着残留奥氏体体积分数的增大,有效氢扩散系数减小。球化退火试验钢的氢扩散系数远高于Q&T钢。Q&T试样中残留奥氏体的存在使氢陷阱增加,导致氢的渗透更难进行。     

回火温度对DP600钢氢扩散及氢脆敏感性的影响

利用慢应变速率拉伸和双电解池氢渗透试验,结合SEM、TEM、EBSD表征手段研究了不同回火温度下DP600钢中显微组织变化对其氢扩散及氢脆敏感性的影响。结果表明,DP600钢的氢脆敏感性和有效氢扩散系数均随回火温度的升高呈下降趋势,这主要与钢中位错、小角度晶界等可逆氢陷阱浓度降低以及碳化物/基体界面、大角度晶界等不可逆氢陷阱浓度增加有关。其中弥散分布的碳化物使碳化物/基体界面捕获的氢原子分布均匀,导致试验钢的氢脆敏感指数由44.6%(270 ℃)下降至1.8%(350 ℃)。综合考虑回火温度对试验钢强度和氢脆敏感性的影响,DP600钢的最佳回火温度为330 ℃。     

金属氢渗透研究综述

综述了氢渗透的研究方法和研究历史,总结了当前对氢损伤机理的研究,以及在易发生氢脆环境下的氢渗透行为规律和影响氢行为的因素。在这些研究的基础上,国内外先后开发了许多氢渗透防护技术,如:阻碍氢原子渗入基体,在材料表面制备涂镀层;消除钢中有害元素的方式,改变中氢原子陷阱的数目;从组织入手,开发高纯度、高抗氢钢,包括一些系列铁素体合金钢等。综述了从传统的电沉积阻氢合金镀层,到新工艺制备阻氢陶瓷层的发展。阻氢涂层具有阻氢性能极佳,兼具保护作用的优点,但容易失效,破损后会加快基体的局部腐蚀;而通过冶金、热处理来净化钢材,改变组织成分开发的纯净钢,其实际抗氢脆性能并不理想,仍然会出现氢引起的力学性能下降,并且具有控制工艺复杂、能耗大的缺点。由此认为,氢一旦进入金属材料内部,造成材料的性能损伤不可避免,防止氢进入金属材料是该领域的关键科学问题。氢渗透过程是氢损伤发生的关键步骤,那么阻碍氢渗透过程的进行就成了氢损伤防护措施的重中之重。抑制氢渗透过程的发生需要从降低氢原子浓度梯度、降低材料内部氢陷阱密度和结合能两方面入手,开发有效的抑氢手段,抑制氢渗透过程,使材料内部的氢原子浓度小于临界氢原子浓度。     

塑性形变对4340钢中氢的富集及传输行为影响

采用渗氢试验和数值计算两种方法研究.了塑性形变对金属中氢的扩散和富集的影响,讨论了4340钢中的氢浓度与塑性形变大小、氢扩散时间及边界条件之间的关系.     

Modelling the influence of trapping on hydrogen permeation in metals

Hydrogen permeation (diffusion) is strongly influenced by the local hydrogen concentration and by the density and depth of traps. Consequently hydrogen diffusion cannot be described by a constant effective diffusivity as suggested in standards and several papers.A modelling study for diffusion of hydrogen in metals with traps is presented. Simulations are performed for a charging and discharging process, showing a remarkable asymmetry. The actual chemical diffusivity ranges over several orders of magnitude depending on the hydrogen concentration as well as the density and depth of traps. Consequently, the concept of effective diffusivity outlined in standards and many publications fails.     

塑性形变对4340钢中氢的富集及传输行为影响

采用渗氢试验和数值计算两种方法研究．了塑性形变对金属中氢的扩散和富集的影响，讨论了４３４０钢中的氢浓度与塑性形变大小、氢扩散时间及边界条件之间的关系．     

A hydrogen permeation study of cyclically deformed low alloy steel

The effect of the dislocation arrangement on hydrogen permeation in spheroidized low alloy steel (German steel grade 90MnV8, Nr. 1.2842) was studied using the electrochemical permeation technique. The testing material was cyclically deformed in different gaseous environments (hydrogen and ultra-high vacuum) to obtain dislocation structures with different degrees of cell formation. For undeformed material used as a reference the density and mean binding energy of hydrogen traps were evaluated using the trapping theory. The dislocation cell structure formed during fatigue reduces the apparent diffusion coefficient as the trap density is increased. On the other hand, the steady state hydrogen permeation flux is increased as dislocation cores act as short diffusion paths.     

Einfluß von Mo2C und P auf die Wasserstoffdiffusion und Löslichkeit im System Fe-Mo-C-P

Effect of Mo₂C and P on hydrogen diffusion and solubility in the Fe-Mo-C-P system In Fe-Mo-C-P alloys at moderately high temperatures, phosphorus favors the precipitation of Mo₂C particles in the matrix. In the vicinity of these precipitates, the dislocation density is increased and phosphorus is enriched by trapping. The effect of this microstructure on the steady state hydrogen permeation is negligible. The hydrogen solubility is increased and the hydrogen diffusion is decreased according to interactions between hydrogen and the traps which are formed along with the carbides. The average binding energy of the deep traps for hydrogen was found to be about ?54 kJ/mol H. This value corresponds to the interaction energy between hydrogen and the deep traps at dislocations. If phosphorus is enriched in the vicinity of Mo₂C, the average binding energy of the deep traps decreases.     

Determination of trapping parameters and the chemical diffusion coefficient from hydrogen permeation experiments

An improved diffusion theory accounting for trapping effects is applied to evaluation of hydrogen permeation experiments performed for pure iron and pearlitic and martensitic steels. The trapping parameters as molar volume and depth of traps are determined by fitting experiments by simulations based on the theory. The concentration-dependent chemical diffusion coefficient of hydrogen is extracted indicating that the trapping effect on diffusion in pure iron and pearlitic steel is negligible. However, it is significant for martensitic steel, for which the chemical diffusion coefficient cannot be considered as concentration-independent as it is established in current standards.