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.     

焊接残余应力对氢扩散影响的有限元模拟

利用ABAQUS有限元软件开发的氢扩散耦合计算程序,对焊态和焊后热处理状态下残余应力对氢扩散的影响进行了数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较．结果表明,存在焊接残余应力梯度时,氢向高应力区富集,在热影响区附近,有一个氢浓度低谷,这是氢向高应力区长程扩散所致．经过焊后热处理,应力松弛效果明显,残余应力大幅下降,对氢扩散的影响也大大降低,氢的最高浓度降低了近40％．因此,焊后热处理可以有效降低材料在氢环境下开裂的敏感性．     

稀土元素对铸钢中氢的作用及对气孔形成的影响

作者用RH-2定氢仪和电化学氢渗透装置,研究了稀土元素对铸钢中氢的含量、氢的扩散过程及其对气孔形成的影响。试验结果表明,ZG45中含有0．032~0．041%的稀土元素时,可达到固定游离氢、阻碍氢扩散,从而降低气孔率的目的。     

30CrMnSiNi2钢TIG焊接头电化学充氢后扩散氢逸出特征及示踪

高强度钢焊接接头不同区域组织对氢扩散与聚集的影响存在差异,采用显微镜摄影测氢法研究了电化学充氢条件下,30CrMnSiNi2钢TIG焊接头不同区域扩散氢的逸出规律,观察了氢气泡大小及分布特征;采用氢原子微印技术对焊缝区的扩散氢进行了示踪研究,探讨了高强度钢焊接头扩散氢逸出分布特征与低碳钢完全相反的原因,结果表明,30CrMnSiNi2A钢TIG焊接头扩散氢主要聚集在焊缝区及热影响区,焊缝区亚晶界为氢扩散和聚集的优先通道,组织中的内应力场是导致扩散氢聚集的根本原因. 研究结果对于研究焊接接头不同区域组织与扩散氢的关系提出了有益的思路.     

C90油管钢的氢损伤

对比研究了三种油管钢（宝钢的Ｃ９０和日本的ＳＭ９０及ＳＭ９５）的氢致开裂性能．ＳＭ９０，ＳＭ９５和Ｃ９０产生氢损伤的临界扩散氢质量分数（×１０~（－６））分别为１．７６，４．３和８．３８；临界全氢质量分数（×１０~（－６））分别为４．２４，６．３５和１０．２２三种钢在Ｈ_２Ｓ中的门槛应力σ_（ｔｈ）／σ_ｓ分别为０．６４，０．８０和０．８５．三种油管钢抗氢损伤能力和抗氢致滞后断裂的能力是一致的，以Ｃ９０为最好，它和氢的扩散系数无关．Ｃ９０钢缺口试样氢致滞后断裂门槛值Ｋ_（ＩＨ）与可扩散的氢质量分数ｗ_０有关，实验获得Ｋ_（ＩＨ）＝４６－１２．５１ｌｎ_（ｗ０）．理论分析和实验结果完全一致．对Ｃ９０钢，当ｗ_０≤４．８×１０－６时，在任何Ｋ_Ｉ／Ｋ_Ｃ下均将获得韧窝断口；ｗ_０≥７．６×１０~（－６），Ｋ_Ｉ／Ｋ_Ｃ≥０．５时，则氢致韧断；Ｋ_Ｉ／Ｋ_Ｃ≤０．４时，则氢致脆断．     

氢在钢铁表面吸附以及扩散的研究现状

氢进入钢铁内部是其发生氢脆的前提,而氢在管线钢表面经历物理吸附、解离、化学吸附、扩散一系列过程才能进入管线钢内部,其中氢原子的化学吸附以及氢扩散是关键步骤。综述了氢在钢铁表面吸附、扩散的研究方法、成果,展望了氢吸附以及氢扩散的研究方向。目前研究氢吸附的主流方法是第一性原理计算。在氢扩散研究方面,试验研究能够分析钢铁组织、相、宏观尺度因素变化对氢扩散的影响;有限元、分子力学、第一性原理多种尺度模拟计算可以分析微区结构变化对扩散的影响。氢在表面的吸附以及表层原子的扩散对氢脆有重要影响,但氢原子在钢铁表面的吸附以及表层扩散主要集中在无缺陷的αFe表面。氢与缺陷的相互作用研究主要集中在体相内部,钢铁表面状态的变化对氢吸附以及表层扩散的影响相关报道较少。需进一步开展在含缺陷钢铁表面的氢吸附研究,阐释表面应力、位错、晶界、相界、合金元素等因素对氢吸附、表层区域氢扩散的影响机理。     

15CrMo钢氢蚀激活能测定及焊头氢蚀分析

选用１５Ｃｒ－Ｍｏ钢，分别在３００，３５０，４００，４５０，５００℃和１８ＭＰａ下氢蚀不同时间，分析其高温高压氢中脱碳激活能和氢蚀激活能。结果表明，氢蚀脱碳激活能与氢蚀激活能接近，说明其氢蚀初期，氢蚀过程由碳的扩散速率控制．焊接热影响区的氢蚀程度大于基体．     

NL—Ni—Co—Mn—Al合金吸氢动力学

应用特制双层水恒温反应器和动力学机理函数计算机拟合的方法，在３０３—３４３Ｋ温度范围内研究了ＭＬ—Ｎｉ—Ｃｏ—Ｍｎ—Ａｌ五元系和ＭＬ—Ｎｉ—Ｃｏ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｃｕ六元系（ＭＬ为富镧混合稀土金属）在α＋β相区恒温吸氢动力学．研究结果表明，五元系贮氢合金吸氢初期受化学反应控速，后期受氢在合金氢化物中的扩散控速，动力学规律不受氢初压的影响．由于Ｃｕ的加入，六元系贮氢合金吸氢机制初期转变为β相形核长大控速，后期仍为氢在合金氢化物中的扩散控速．     

大型锻件中氢扩散的研究

主要从两个方面进行了氢扩散的研究。首先应用电化学渗氢的方法进行了氢扩散系数的测定,实验的对象可以是任何金属,且测定结果可以直接运用在氢扩散的定量计算中,为检测锻件中氢的积累及扩散提供基本参数及计算依据。其次利用有限元分析方法,建立了简化后的八分之一有限元模型,并设定氢浓度场扩散结果的提取路径,得到了沿扩散路径的氢浓度分布情况。根据氢扩散浓度场的有限元分析可知,对于初始氢浓度相同的锻件,低温时的氢扩散有利于锻件边部氢浓度的降低,高温时的氢扩散有利于锻件内部氢分布的均匀化。通过对等温扩氢热处理过程氢浓度的有限元分析可知,当锻件的初始氢浓度较低时,需采取低温等温扩氢方法;锻件的温度越高锻件的边部氢浓度则越高;在中间断面氢含量差距不大、锻件平均氢浓度不高的情况下,以心部氢浓度为确定等温扩氢温度的第一依据,以锻件中的氢含量为确定等温扩氢温度的第二依据。     

ML－Ni－Co－Mn一Al合金吸氢动力学

应用特制双层水恒温反应器和动力学机理函数计算机拟合的方法，在３０３—３４３Ｋ温度范围内研究了ＭＬ—Ｎｉ—Ｃｏ—Ｍｎ—Ａｌ五元系和ＭＬ—Ｎｉ—Ｃｏ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｃｕ六元系（ＭＬ为富镧混合稀土金属）在α＋β相区恒温吸氢动力学．研究结果表明，五元系贮氢合金吸氢初期受化学反应控速，后期受氢在合金氢化物中的扩散控速，动力学规律不受氢初压的影响．由于Ｃｕ的加入，六元系贮氢合金吸氢机制初期转变为β相形核长大控速，后期仍为氢在合金氢化物中的扩散控速．     

慢加载条件下氢对裂纹萌生与扩展的作用

在扫描电镜原位拉伸条件下，研究了氢原子对正火态的Ｃｒ－１Ｍｏ钢裂纹萌生与扩展的作用结果发现：氢原子使缺口根部韧性裂纹萌生时的临界塑变降低，并使裂纹的扩展方式从沿最大切应力方向的连续扩展改变成沿最大主应力面的跳跃扩展．试验未发现明显的氢致塑变特征．文中对氢原子的影响机理进行了分析．     

Hydrogen permeation behavior of nickel electroplated AISI 4340 steel

The role of the electroplated nickel layer on hydrogen permeation through AISI 4340 steel was investigated by a electrochemical hydrogen permeation test. The permeation test, composed of three steps, was conducted to measure the hydrogen diffusivity and surface hydrogen concentration. A constant current of 20 mAcm^-2 and a constant potential of -100 mV vs. Ag/AgCl electrode were applied to the hydrogen entry and exit cells, respectively. The thickness of the electroplated nickel layer on AISI 4340 steel increased in a linear fashion with an increase in electroplating time. The nickel coated layer contributed to a decrease in the hydrogen permeability of nickel coated AISI 4340 steel specimens. This is due to the fact that the surface hydrogen concentration and hydrogen diffusivity in nickel coated layer were lower than those of AISI 4340 steel substrate. Especially, low hydrogen diffusivity decreased significantly with hydrogen permeability. The critical effective hydrogen diffusivity for barrier of nickel electroplated AISI 4340 steel specimens was higher than the hydrogen diffusivity of AISI 4340 steel specimen. It is proposed then that the thin nickel layer on AISI 4340 steel acts as a barrier for hydrogen permeation through AISI 4340 steel.     

氢在低碳钢中的两种扩散

用阴极电解充氢法，对具有塑性变形及拉伸应力的低碳钢板中溶氢及逸氢过程进行了研究，回归出经验公式，计算出扩散系数及扩散激活能。结果表明，溶氢时的扩散系数比逸氢时大，溶氢时的扩散激活能比逸氢时小；随变形和压力的增大，溶氢时扩散系数增大，扩散激活能减小；逸氢时扩散系数减小，扩散激活能增大。     

电化学充氢条件下TWIP钢应力腐蚀敏感性的研究

通过慢应变速率拉伸和观察断口形貌等方法,研究了TWIP钢在电化学充氢条件下的应力腐蚀敏感性.结果表明,在电化学充氢条件下,TWIP钢具有应力腐蚀敏感性.恒定应变速率6.67×10-6 s-1时,具有单向奥氏体结构的TWIP钢有较小的应力腐蚀敏感性,具有形变孪晶的TWIP钢有较高的应力腐蚀敏感性.这是因为孪晶的形成导致氢在局部浓度更高,因而促进了局部塑性变形,降低了内氢压,导致TWIP钢的应力腐蚀敏感性上升.     

应力状态和渗氢条件在非晶态NiCrFeSiB合金氢脆断裂中的作用

通过慢应变速率拉伸、断口观察和断裂力学分析等方法研究了非晶态NiCrFeSiB合金氢脆断裂过程和断口形态的关系.试样的应力状态,氢的渗入量及其在试样中的分布,以及非晶态合金塑性变形局部化的程度等因素对断裂过程都有影响.当渗氢量较低时,断裂方式主要由试样的应力状态所决定,发生近表面区的平面应力断裂和内部的平面应变断裂.当渗氢量较高,且氢由表面向内部分布的浓度梯度较陡时,发生表面区的"解理"型断裂和核心区的延性断裂.在渗氢量适中,氢浓度梯度平缓的条件下,出现由表面向内部塑性变形程度逐渐增大的"河流"形态.根据     

In situ investigation of the effect of Hydrogen on the plastic deformation ahead of the crack trip and the crack propagation for 0.15C-1.5Mn-0.17V-0.012N steel

The influence of hydrogen on the deformation ahead of the crack tip and the crack propagation were observed and studied in situ under transmission electron microscopy with dynamic tensile deformation for bridge steel. The results show that hydrogen can promote local plastic deformation ahead of the crack tip and change the mode of crack propagation so that the crack will propagate in a zigzag path.     

20钢氢致开裂临界浓度与应力的关系

本文介绍了利用Devanathan氢渗透法计算临界氢浓度的理论模型,结合调质20钢,测定了在不同应力作用下,试件沿氢渗透方向上的氢浓度分布和氢致断裂造成的裂纹萌生(主要沿MnS夹杂界面)时的临界氢浓度值,并对相关问题进行了简单的讨论。     

CRYOGENIC MECHANICAL BEHAVIOUR OF MARAGING STEEL CONTAINING HYDROGEN

Within the range of 77 to 295 K,the strength and plastieity of 18Ni maraging steel increasewith decreasing temperature and decrease with increasing hydrogen content.The susceptibilityto hydrogen embrittlement of the maraged specimens is superior to solid solution ones.Thedislocations after plastically deforming will tangle into dislocation cells which reducethermselves in size as the temperature decreases,and coarsen as the hydrogen content in-creases.No cryogenie deformation twin was found.The tensile fracture surfaces of the solu-tion and maraged specimens containing 5.90 ppm hydrogen under 295 to 223 K are revealedas quasi-cleavage and intergranular features respectively and as transgranular ones underother experimental conditions.The influence of hydrogen on the mechanical behaviour ofsteel and the mechanism of hydrogen induced deformation and fracture are discussed. Research Assistant,Institute of Metal Research,Academia Sinica,Shenyang 110015,China     

钢的氢脆的新研究方向

简要回顾了人们对钢的氢脆问题的认识过程和研究历史,概述了钢中氢的存在状态与氢脆的关系,钢的塑性变形与氢脆的关系,其中包括断口形貌和断裂过程。此外还论述了奥氏体不锈钢的氢脆及氢引起的断裂现象等共性问题。