溶质晶界偏聚和晶间脆性断裂的研究

从六个方面总结了作者二十多年来晶界偏聚和晶间脆性断裂研究上所取得的国际领先的进展，并评述了这些进展在国内外的实验证实情况。     

非平衡晶界偏聚和晶间脆性断裂研究的进展

作者最近在国际权威性评论杂志Progress in Materials Science上发表了主要评述自己近20年来研究工作进展的长篇文章.在本文中作者阐述这篇文章所论述的一些新现象、新概念、新理论模型的内容、意义,以及提出它们时的科学背景.     

非平衡晶界偏聚理论在INCONEL 718合金研究中的应用

评述了国际上将溶质晶界偏聚领域的最新研究成果－非平衡晶界偏聚理论，用于INCONEL718合金研究中所取得的最新进展。     

冷却-等温-冷却处理过程硼的晶界偏聚

用径迹显微照相技术研究了含硼 10× 10 - 6和 30× 10 - 6的 Fe- 40 % Ni合金在模拟冷却 -等温 -冷却处理过程后硼的晶界偏聚特征。结果表明 ,在从 115 0℃以 2℃ / s冷速分别冷却到 110 0℃ ,10 0 0℃ ,90 0℃ ,80 0℃和 70 0℃保温 2 min,然后再以 2℃ / s冷速冷却到 6 0 0℃水淬的冷却 -等温 -冷却过程中 ,硼在晶界会形成明显的偏聚 ,晶界偏聚量随等温温度的下降先有所减少后增加 ,最低值在 10 0 0℃左右出现。含硼 10× 10 - 6 合金在 80 0℃以上温度等温后冷到 6 0 0℃时 ,试样晶界偏聚包括连续硼偏聚带及一定量含硼析出相 ,其它试样沿晶硼偏聚带中硼主要以析出相形式存在。实验还观察到在晶内亚晶界上也有明显的硼偏聚存在 ,并在偏聚带两侧存在有贫硼区。在晶粒晶界与亚结构相交处 ,硼原子优先偏聚在晶粒晶界上     

普通碳素钢渗氮后的氢脆敏感性

为了研究渗氮处理对钢的氢脆敏感性的影响,对气体渗氮处理的普通碳素钢进行了拉伸试验,对其断口进行了扫描电镜观察和显微组织分析。结果表明:渗氮层发生了氢脆延迟断裂,未渗氮部位发生了韧性断裂;渗氮处理增加了钢的氢脆敏感性。     

加氢反应器用钢及其焊缝的回火脆性

加氢反应器是炼油工业中的核心设备。Cr-Mo钢因其良好的力学性能而被广泛应用于反应器的制造。实践证明,加氢反应器在375～575℃长时间使用过程中会产生回火脆化。介绍了加氢反应器材料的发展和回火脆性的一些基本概念,并综述了加氢反应器用钢及其焊缝的回火脆性的研究。     

X20CrMoV12.1耐热合金钢长期高温时效的脆性

12％Cr耐热合金钢X20CrMoV12．1是热电厂主蒸汽管线等重要部件用材。该质材的主蒸汽管道经23年长期高温负荷运行后，性能明显退化，常温下呈脆性。实验显示服役后材料的脆化是可逆的，属于逆回火脆现象。运用TEM和AES等对显微组织结构的研究显示，有害元素P在晶界的偏聚和晶界碳化物的粗化是材料性能退化和致脆的原因。     

Fe-Ni合金变形再结晶过程晶界偏聚研究

用径迹照相方法（ＰＴＡ）研究了含硼面心Ｆｅ－３０％Ｎｉ合金在１０００℃下不同预变形后,再结晶过程中运动晶界反常偏聚规律以及形变量对反常硼偏聚程度的影响。用定量统计方法测量了不同形变量下,运动晶界上的硼偏聚量。结果表明,新晶粒长大过程中,晶界反常偏聚与形变量、晶界运动速度等因素有关。用晶界展宽机制对此现象进行了讨论。     

2.25Cr-1Mo钢后续热处理中的磷偏聚行为

根据溶质晶界偏聚理论和原子扩散原理研究了2.25Cr-1Mo钢服役12年后磷晶界偏聚行为及脱脆处理工艺。采用俄歇电子能谱实验对溶质原子的晶界偏聚程度进行了测试分析。结果表明:对于已脆化的2.25Cr-1Mo钢,存在临界脆化温度,且脆化程度越高,临界脆化温度越低;高于临界脆化温度数小时的保温即可消除脆化现象,即2.25Cr-1Mo钢的脱脆速率远大于脆化速率。     

An FEGSTEM Study of Grain Boundary Segregation of Phosphorus during Quenching in a 2.25Cr-1Mo Steel

Quenching-induced phosphorus segregation to prior austenite grain boundaries in a 0.077 wt pct P-doped 2.25Cr-1Mo steel is examined using field emission gun scanning transmission electron microscopy (FEGSTEM). A phosphorus level of around 1.56 at. pct is observed for the water-quenched sample. In recognition of insufficiently high spatial resolution of the technique for grain boundary composition analysis, the measured results are corrected by an analytical convolution method. The corrected phosphorus segregation level may be up to about 4.7 at. pct. The quenchinginduced phosphorus segregation is nonequilibrium segregation and the migration of vacancy-phosphorus complexes plays an important role in the kinetic process. For such a reason, the mechanism for migration of the complexes is discussed in some detail.     

1 000 MPa级高强钢焊接件的氢脆敏感性研究

利用氢渗透试验、慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了1 000MPa级高强钢(HSS)焊接件在海水中的氢渗透行为及其应力腐蚀敏感性,结合SEM观察了试样的断口特征,并利用电化学试验和显微组织观察分析了焊接件不同区域的氢脆特征。结果表明:相对于焊缝区(WM)和母材区(BM),热影响区(HAZ)的自腐蚀电位最负、析氢电位最正,更容易发生腐蚀和析氢行为。热影响区的氢扩散系数最大,具有较强的吸氢倾向。动态电化学充氢对高强钢焊接件的影响主要体现在对塑性的损减方面;随着极化电位的负移,高强钢焊接件的强度没有明显变化,但断面收缩率、断后延伸率均减小,断裂方式逐渐由韧性断裂变为解理断裂;当极化电位约为-930mV(vs SCE)时,高强钢焊接件的氢脆系数达25%;在不同充氢极化电位下,焊接件试样的断裂位置多在热影响区。     

利用APT研究RPV模拟钢中相界面原子偏聚特征

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经调质处理(880℃保温0.5h,水淬;660℃保温10h)以及400℃时效1000h后,采用原子探针层析技术(APT)研究了碳化物/α-Fe基体,富Cu相/α-Fe基体以及富Cu相/碳化物界面处溶质或杂质原子的偏聚特征。结果表明:在碳化物/α-Fe基体界面处P原子偏聚最明显;在富Cu相/α-Fe基体界面处Ni原子偏聚最明显,Mn原子也有微弱的偏聚;在富Cu相/碳化物界面处未发现溶质或杂质原子的偏聚现象。不同相界处原子偏聚不仅与界面本身微观结构有关,也与相界附近化学特性有关。     

晶界偏聚与材料脆断间关系的理论研究进展

综述和简要评价了晶界偏聚和材料脆性断裂之间关系的理论研究进展情况。     

轴承钢连铸方坯中心偏析的成因分析及对策

对轴承钢方坯中心偏析的成因作了分析，探讨了过热度、电磁搅拌、冷却强度及拉速等对减少中心偏析的作用。根据分析，针对莱钢特钢厂的具体情况提出多方面的预防措施，并逐一进行实施验证，取得了一定的效果。由此得出：降低过热度、增加电磁搅拌、减小拉速以增加等轴晶率和减少鼓肚是改善轴承钢方坯中心偏析的有效方法。     

应力三轴度对淬火态硼钢氢脆敏感性的影响

对硼钢进行电化学充氢和低应变率拉伸,分别画出了纯剪切、单向拉伸及近似平面应变状态下淬火态硼钢充氢前后的应力-应变曲线,并基于等效塑性应变量化了硼钢的氢脆敏感性,研究了应力三轴度对淬火态硼钢的力学性能和氢脆敏感性的影响。用SEM及EBSD表征试样断口的微观组织,根据淬火态硼钢充氢前后断裂模式的变化分析了硼钢在不同应力状态下的氢脆机理。结果表明,淬火态硼钢在剪应力状态下的氢脆机理与拉伸应力状态显著不同,使其氢脆敏感性比拉伸应力状态显著降低。     

基于EBSD技术的P91钢蠕变过程中小角度晶界演化行为表征

在620℃、145 MPa条件下对给定的P91钢进行高温蠕变持久与间断试验,采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究其在蠕变过程中小角度晶界的演化行为。通过引入EBSD图像中的取向差分布来表征小角度晶界处(0.5~5°)的边界位错密度,分析了边界位错密度在蠕变过程中与小角度边界的数量、塑性应变以及内部微观组织演化之间的关系。此外,通过改变EBSD像素点与像素点之间的计算步长,探讨了步长选择对边界位错密度计算结果的影响。结果表明,小角度晶界处的位错密度在蠕变过程中先迅速上升,在最小蠕变率处达到极值后缓慢下降,直到最后基本保持不变;同时,EBSD的计算步长越小,得到的位错密度值越准确。     

热处理避免和消除20钢厚壁高压管应变时效脆化实验研究

以Charpy V型缺口冲击吸收能量为应变时效脆化评价指标,研究采用工程中常用的热处理方法对应变时效脆化避免和消除的效果,使用光学显微镜、SEM和TEM观察试样组织形貌,探讨了各种热处理下的材料微观组织变化.结果表明:采用的20钢厚壁高压管轧制过程中已发生应变时效脆化,后续的预制更加加重了管子的应变时效脆化程度;不同热...     

07Cr12NiMoVNb耐热钢回火脆性研究

通过冲击试验和断口形貌分析确定07Cr12NiMoVNb耐热钢有回火脆性,并存在二个回火脆性温度区间(450～525℃和575～625℃)。低温回火脆性到高温回火脆性区间的断口形貌从准解理+解理到解理+沿晶断裂,出现沿晶断裂时,冲击值最低。为方便工程上判断是否出现回火脆性,借用了韧/脆转变的(FATT50)概念。     

EA4T车轴钢中斑点状偏析的原因分析

采用宏观检验、化学成分分析、金相检验、工艺分析以及炉数统计等手段对EA4T车轴钢中存在斑点状偏析的原因进行了分析。结果表明:该斑点状偏析为合金成分正偏析,原料粒度、模温、钢液过热度以及钢锭锥度等冶炼参数不合理是主导因素。     

介质及应变速率对10钢的氢脆敏感性的影响

本文研究了 10钢在 H2 SO4溶液和 Na Cl溶液中渗氢后 ,在不同应变速率下其氢脆敏感性 .结果表明 :在 H2 SO4溶液中渗氢后 ,10钢具有明显的氢脆特征 ,应变速率从 3.33× 10 -1.sec-1～ 3.33×10 -6 .sec-1范围内 ,截面收缩率Ψ从 35 .36%降至 18.35 % ;延伸率δ从 2 9.34 %降至 14 .95 % ,10钢显示出最大的氢脆敏感性