不同处理状态下0.1C-5Mn中锰钢的氢脆敏感性

摘要：对热轧0.1C-5Mn中锰钢进行了3种不同的处理制度：在两相区分别进行5min(TG7样)和30min退火(TG8样),随后将一部分TG8样再500℃回火60min(TG8-500样),其余TG8样则拉伸预变形5%(TG8-5%样),然后利用电化学充氢和慢应变速率拉伸实验研究了3种试样的氢脆敏感性。结果表明,3种试样的奥氏体体积分数均约为12%,然而其氢含量和氢脆敏感性却不同,其中TG8-500样几乎不呈现氢脆敏感性,而TG7和TG8-5%样的氢脆敏感性指数分别为56%和67%。扫描电镜断口分析表明,充氢的TG7和TG8-5%样的拉伸断口呈现穿晶+沿晶的混合断裂机制,而充氢的TG8-500样则呈现韧窝韧性断裂,且存在较多的二次裂纹。3种实验钢氢脆敏感性的这种差异主要与其微观组织特征特别是原奥氏体晶界的逆转变奥氏体有关。     

数据清洗对热轧微合金钢性能预报模型的改进

摘要：对热轧0.1C-5Mn中锰钢进行了3种不同的处理制度：在两相区分别进行5min(TG7样)和30min退火(TG8样),随后将一部分TG8样再500℃回火60min(TG8-500样),其余TG8样则拉伸预变形5%(TG8-5%样),然后利用电化学充氢和慢应变速率拉伸实验研究了3种试样的氢脆敏感性。结果表明,3种试样的奥氏体体积分数均约为12%,然而其氢含量和氢脆敏感性却不同,其中TG8-500样几乎不呈现氢脆敏感性,而TG7和TG8-5%样的氢脆敏感性指数分别为56%和67%。扫描电镜断口分析表明,充氢的TG7和TG8-5%样的拉伸断口呈现穿晶+沿晶的混合断裂机制,而充氢的TG8-500样则呈现韧窝韧性断裂,且存在较多的二次裂纹。3种实验钢氢脆敏感性的这种差异主要与其微观组织特征特别是原奥氏体晶界的逆转变奥氏体有关。     

不同轧制及退火处理0.1C-5Mn中锰钢的氢脆敏感性

 尽管中锰钢的强塑性等力学性能得到了较大幅度提升,但要大规模地应用于汽车部件制造,仍需解决材料在制造和服役过程中面临的氢脆等系列难题,在此背景下,利用电化学充氢、氢热分析仪、慢应变速率拉伸试验机及扫描电镜等研究了两种不同状态(热轧和温轧)0.1C 5Mn中锰钢在650 ℃保温30 min(两相区退火处理)后的氢脆敏感性。结果表明,热轧和温轧退火样的微观组织分别为板条状及等轴+板条状的铁素体与奥氏体的复相组织。尽管温轧退火样的强度比热轧退火样提高了约150 MPa,伸长率降低了约5%,但两者的强塑积均可达到约33 GPa·%。两种试验材料充氢时吸附的氢绝大部分为对应低温逸出峰的可扩散性氢,温轧退火试验材料的氢脆敏感性低于热轧退火钢。充氢热轧退火样断口起裂处的断裂机制为穿晶断裂+沿原奥氏体晶界的脆性沿晶断裂;温轧退火样的起裂处则为空心韧窝+包括奥氏体(变形后转变为马氏体)晶粒的实心韧窝,后者实际上为沿着奥氏体和铁素体界面起裂的一种脆性沿晶断裂。造成两种试验材料氢脆敏感性不同的原因主要是其微观组织及其所引起的氢致断裂方式的差异。     

动态充氢电流密度对BG110S油井管力学性能的影响

利用 MTS-810材料试验机测量了BG110S油井管在动态拉伸(边充氢边拉伸)实验中的力学性能,并利用扫描电镜观察分析了拉伸断口形貌,研究了动态充氢电流密度对油井管力学性能的作用,讨论了氢原子浓度对油井管氢脆敏感性的影响。实验结果表明：随着充氢电流密度的增加,BG110S试样的屈服强度和抗拉强度先增大后减小;试样的伸长率、断面收缩率及拉伸韧性连续降低;试样的拉伸断口形貌由韧性断裂特征向脆性断裂特征转变;试样的氢脆敏感性连续增加。当动态充氢电流密度i＜30 mA/cm2时,氢原子在 BG110S试样中呈现固溶强化作用,而当i≥30 mA/cm2后,氢原子在BG110S试样中则呈现氢致脆化作用。     

加热温度对热成形中锰钢氢脆敏感性的影响

对0.1C–5Mn中锰钢在不同温度(850、950和1000℃)加热后进行热成形处理,利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸及氢渗透实验等研究了加热温度对其氢脆敏感性的影响.结果表明,试验钢在不同温度加热后进行热成形处理,其组织全部为马氏体,同时因自回火而生成一定量的ε-碳化物,且随着加热温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸增加,而试验钢的强度和塑性逐渐降低.当加热温度为850℃时获得了较好的强度与塑性配合,强塑积为22 GPa·%.随着加热温度升高,充氢样中的可扩散氢含量明显降低而非可扩散氢含量有所增加,而以相对缺口抗拉强度损失表征的氢脆敏感性指数及有效氢扩散系数呈现先升高后显著降低的变化趋势,当加热温度为1000℃时,氢脆敏感性最低.进一步断口分析表明,试验钢充氢断口起裂区均为沿着原奥氏晶界的沿晶断裂.试验钢的这种氢脆断裂行为主要与热成形中锰钢的强度水平及自回火析出的ε-碳化物有关.与常用的传统热成形钢22MnB5相比,试验钢的氢脆敏感性较高,这主要与其M_s点(马氏体转变开始温度)较低而使得自回火程度较低等有关.     

晶粒尺寸对高锰奥氏体TWIP钢氢脆行为的影响

主要研究了晶粒尺寸对Fe- 17Mn- 1Al- 0.6C TWIP钢的氢脆行为的影响。原始材料经过不同的热处理制度,得到晶粒尺寸为17和45μm的材料。通过慢拉伸试验研究氢质量分数在0～0.001%材料的氢脆敏感性。试验结果表明,充氢后的试验材料比未充氢试验材料易发生氢脆,充氢后的试验材料断裂强度和断裂应变均降低。随着晶粒尺寸的增大,试验材料的氢脆敏感性增强。在氢质量分数为0.001%,晶粒尺寸增加到45μm时,应变损失率为17%,随着晶粒尺寸的增大,氢脆敏感性增加的原因是晶粒尺寸较大的材料孪晶较早出现,孪晶密度较大,同时单位晶界氢质量分数增加。     

L245管线钢环焊缝在4 MPa氢气环境中的氢脆敏感性探讨

一般认为低钢级钢管受到的氢损伤较小，是输氢管道实际铺设的首选，但是环焊缝的组织变化和冶金缺陷有可能使氢脆敏感性显著增加。通过光滑和缺口试样慢拉伸试验对比研究了正火态L245管线钢环焊缝在空气和4 MPa氢气中的氢脆敏感性，并采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针显微镜(EPMA)对显微组织和断口形貌进行了系统表征与分析。结果表明，当组织中存在应力集中时，L245管线钢环焊缝在4 MPa氢气环境中的氢脆敏感性会显著增加造成氢损伤，使得慢拉伸断裂方式从韧性断裂转变成准解理+韧性断裂，并且在缺口边缘伴随有大量的环向裂纹。L245环焊缝组织中的铁素体/针状铁素体相界面作为氢陷阱会加速氢的渗入，同时碳偏析的存在也会促进氢富集，导致慢拉伸断口表面出现了大量裂纹。     

时效温度对马氏体时效不锈钢延迟断裂行为的影响

借助于缺口慢拉伸试验研究了马氏体时效不锈钢延迟断裂倾向对时效温度的敏感性。研究结果表明,正常冶炼和加工的材料氢的质量分数在2×10-6以下,420和440℃欠时效处理的试样仍发生氢致延迟断裂;而460℃以上时效的缺口试样慢拉伸(0.001 5mm/min)的抗拉强度和断裂行为类似于快拉伸(0.15mm/min),即不发生延迟断裂。     

308L和347L焊缝金属的氢致滞后断裂行为

奥氏体不锈钢 30 8L和 347L的焊缝金属能发生氢致滞后断裂 ,而且比 30 4L母材更敏感。用单边缺口试样动态充氢法测出的氢致滞后断裂门槛应力强度因子 KIH随可扩散氢浓度 C0 的对数而线性下降。 3种材料氢致滞后断口的形貌与 KI 以及 C0 有关 ,当 KI 较高或 C0 较小时是韧窝断口 ;当 KI 较低或 C0 较高时是脆性断口     

阴极极化对10Ni9CrMoV高强钢氢脆敏感性的影响

采用电化学测试﹑慢应变速率拉伸实验(SSRT)并结合断口形貌观察,研究了海水环境中阴极极化对10Ni9CrMoV钢氢脆敏感性的影响。结果表明:随阴极极化程度加强,阴极反应控制步骤逐步由氧的去极化反应转变为氢的去极化反应;随阴极极化电位负移,10Ni9CrMoV钢的强度没有明显变化,但其断面收缩率和伸长率均减小,断口形貌由韧窝型韧性断裂向解理断裂转变,氢脆敏感性提高;当极化电位为-926 mV时,氢脆系数达到25%,说明10Ni9CrMoV钢在海水中的最高保护电位为-926 mV。     

新型超高强度低氢脆敏感性扭杆弹簧用钢

 通过SEM、TEM、XRD、化学相分析等方法对比研究新型扭杆弹簧用40Si2Ni2CrMoV钢（代号N1）和现有45CrNiMoVA钢微观组织及其对力学性能的影响,并利用慢应变速率拉伸方法对比研究两种不同扭杆弹簧用钢的氢脆敏感性。结果发现,N1钢由于添加硅、钼等抗回火软化元素,使得N1钢在较高的300 ℃温度回火时还能保持一定的抗拉强度,N1钢有大量细小的ε-碳化物析出,使得屈服强度增加,屈强比在0.80以上,45CrNiMoVA钢经180 ℃低温回火后屈服强度在1 550 MPa左右,屈强比只有0.72;经相同条件充氢后,N1钢的慢拉伸强度下降幅度较小,其试样断口中也没有观察到沿晶断裂特征,N1钢的氢脆敏感性明显低于45CrNiMoVA钢。     

碳含量对Mn-B钢氢致延迟断裂行为的影响

采用电化学阴极充氢、氢热分析(TDS)和慢应变速率拉伸等试验方法,研究了4种不同碳含量Mn-B钢经不同热处理制度处理后的氢致延迟断裂行为。结果表明,在低于400℃回火时,随着碳含量的增加,试验钢的氢脆敏感性升高,当碳的质量分数高于0.3%后,试验钢的氢脆敏感性几乎不再增加;碳含量一定时,试验钢的氢脆敏感性随回火温度的升高而降低,且以20MnB试验钢的降低趋势最为明显;当回火温度达到600℃时,各试验钢对氢几乎不再敏感;TDS分析表明,试验钢充氢后的氢含量明显增加,其中以可扩散性氢量的增加为主;随碳含量的增加,试验钢充入的氢量增加;当碳含量一定时,随回火温度的升高,试验钢充入的氢量减少;SEM断口观察表明,试验钢充氢后的脆性断裂倾向性增加;随着碳含量的升高,试验钢的断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变;碳含量一定时,随回火温度的升高,试验钢由淬火态的脆性断裂向高温回火态的韧性断裂转变。     

308L和347L焊缝金属的氢致滞后断裂行为

奥氏体不锈钢３０８Ｌ和３４７Ｌ的焊缝金属能发生氢致滞后断裂,而且比３０４Ｌ母材更敏感。用单边缺口试样动态充氢法测出的氢致滞后断裂门槛应力强度因子ＫＩＨ随可扩散氢浓度ＣＯ的对数而线性下降。３种材料氢致滞后断口的形貌与ＫＩ以及ＣＯ有关,当ＫＩ较高或ＣＯ较小时是韧窝断口;当ＫＩ较低或ＣＯ较高时是脆性断口。     

奥氏体不锈钢堆焊部位的氢致剥离裂纹的研究

本文采用高压釜充氢试验方法(充氢条件为;高压氢,450℃,48 h)研究了各种氢暴露条件和冷却循环对奥氏体不锈钢堆焊部位的氢致剥离敏感性的影响。所用试样是在2 1/4Cr-1Mc厚锻造板上用三种带极和焊接工艺堆焊而成。结果表明,(1)剥离是试样暴露在高温高压氢气中之后,冷却至室温放置过程中而产生的延迟裂纹;(2)剥离是沿着靠近境界层的粗大晶界或碳化物层的晶间断裂;(3)增加充氢氢分压,或增加充氢后的冷却速度,剥离敏感性增加;(4)本工作为奥氏体不锈钢堆焊部位氢致剥离裂纹的研究提供了有效的手段,同时为我国热壁加氢反应器堆焊材料和工艺的选择及其制定安全操作规程提供了指导原则。     

回火马氏体钢的氢脆敏感性评估

我们采用Si含量为1.67%的高Si(简称H-Si)和0.21%的低Si(简称L-Si)的回火马氏体钢,研究了拉伸速度、氢含量和温度对断裂强度和断裂表面形貌的影响。在室温条件下,低含氢量的L-Si钢的断裂表面呈现出从准解理(QC)断裂到疑似晶间(IG-like)断裂再到晶间(IG)断裂的转变。与此相比较,在室温条件下,低含氢量的H-Si钢的断裂表面呈现出从QC断裂到IG-like断裂的转变。断裂表面形貌的转变可以通过含氢条件下的晶间强度与晶内强度之间的大小关系来解释。在-196℃的温度条件下,氢既不降低断裂强度,也不改变断裂表面形貌。因此,在室温条件下的氢脆被认为来自两方面的原因,一是在施加应力的过程中,由于氢聚积和晶格缺陷的形成导致氢脆,二是在施加应力前,捕获的氢造成的氢脆。随着拉伸速度的下降,断裂强度下降,收敛为一个常数值(即下临界应力)。当断裂表面从IG断裂转变为IG-like断裂再到QC断裂时,为了获得下临界应力,需要降低拉伸速度。因此,对于每种类型的断裂表面,为了获得下临界应力,拉伸速度不应该是一个常数,而要通过试验来测定。     

YB70钢氢致韧性损伤研究

通过测量拉伸性能、TEM和SEM分析研究了YB70钢的氢致韧性损伤。结果表明,YB70钢拉伸试样充氢2h以上,其韧性损伤超过80％。在充氢拉伸试样的断口上观察到沿滑移面扩展的穿晶裂纹;基体和碳化物界面处的氢偏聚,使拉伸变形中在距界面约15nm处形成高密度位错缠结,裂纹在位错缠结处形核并沿滑移面扩展,导致了YB70钢的韧性损伤。     

不同碳含量对HSLA钢的缺口敏感性的影响

通过对不同含碳量的HSLA钢平板试样进行静拉伸实验宏观结果分析、组织观察及断口观察分析,研究了不同含碳量的HSLA钢的缺口敏感性及断裂机制。结果表明:HSLA钢随着含碳量升高,缺口敏感性显著升高。由应力集中系数Kt计算缺口处的最大应力(Rmax)远大于抗拉强度(R),产生了"缺口强化"。经调质后,HSLA钢的组织为回火托氏体。宏观断口分析:光滑试样为具有明显放射区和剪切区的韧性断裂,缺口试样为具有"人字形"解理断口。微观断口分析:光滑试样断口为韧窝,缺口试样为准解理和舌状花样断口。     

溶解氧变化对阴极极化下10Ni5CrMo钢氢脆敏感性的影响

摘要：为研究溶解氧质量浓度对10Ni5CrMo钢在阴极极化条件下氢脆敏感性影响规律，对10Ni5CrMo钢进行了阴极极化下的电化学交流阻抗谱测试﹑并采用慢应变速率拉伸实验和断口分析方法研究了海水中溶解氧质量浓度变化和不同阴极极化下10Ni5CrMo钢的氢脆敏感性。结果表明：溶解氧质量浓度变化对10Ni5CrMo钢强度几乎没有影响；同一溶解氧质量浓度下，随极化电位负移，断裂时间、伸长率、断面收缩率明显降低，氢脆系数增加，氢脆敏感性显著提高，极化电位达到-1000mV时，氢脆系数已超过安全区允许的最高值25%，进入危险区；同一极化电位下，随着海水中溶解氧质量浓度减少，材料塑性变差，断裂时间、伸长率和断面收缩率不断降低，氢脆系数增加，氢脆敏感性提高。     

几种新型不锈钢在超临界水中的应力腐蚀开裂行为

研究14Cr-ODS、16Cr-ODS与310奥氏体钢在600℃/25 MPa的超临界水中的应力腐蚀开裂行为。通过慢应变速率拉伸实验得到应力-应变曲线,以及不锈钢的抗拉强度和伸长率。应力-应变曲线显示14Cr-ODS与16Cr-ODS都出现颈缩,而310奥氏体钢没有颈缩,达到极限强度后直接断裂,表现为脆性断裂特征。用扫描电镜对断口形貌进行观察,结果表明:16Cr-ODS的伸长率达到20%,断口成杯锥状,存在明显颈缩,但没有应力腐蚀开裂敏感性;14Cr-ODS断面上有韧窝出现,没有明显的应力腐蚀开裂敏感性;310奥氏体钢断裂方式几乎全为沿晶脆断,具有应力腐蚀开裂敏感性。     

Mn含量对超细晶C-Mn钢显微组织和力学性能的影响

石油压力容器在焊后热处理（PWHT）时存在一些热损失问题，诸如奥氏体不锈钢堆焊中σ相变和2．25Cr-1Mo钢的基本金属和堆焊界面问的碳化物析出等。另外，在诸如高温和高压氢气环境等工作状态发生氢脆。日本制钢所茅野林造等人。通过缺口拉伸试验对压力容器钢中的热脆和氢脆程度进行了测定。通过提高PWHT时的回火参数来降低抗拉强度和断裂延性。用光学显微镜观察拉伸试验试样横截面以检验PWHT后覆盖焊缝中的σ相变，通过对试样的显微组织和断口组织的观察来检验界面处的碳化物析出和氢脆。已经证实因为氢脆导致界面处碳化物层附近堆焊中裂纹穿过奥氏体晶界扩散。