高强度低合金钢中纳米析出相对腐蚀行为影响的研究进展

高强度低合金钢中Nb、V和Ti等微合金化元素的纳米析出相对于调控钢的组织和性能具有重要作用,它可以确保钢基体同时拥有较高的力学性能和较强的耐蚀性能。本文基于国内外最新研究现状,系统阐述了纳米析出相在高强度低合金钢中的存在形态以及其对钢中氢扩散、均匀腐蚀、应力腐蚀开裂以及各类氢损伤等腐蚀行为的影响规律和机制。研究表明,纳米析出相对钢基体腐蚀行为的影响受其尺寸、数量和分布状态的控制。细小且与基体共格或半共格的纳米析出相不仅可以通过改善钢的微观组织（包括亚结构）提高耐蚀性能,其导致的不可逆氢陷阱及对氢扩散的强烈抑制作用还可以极大提高抗应力腐蚀和各类氢损伤的能力。而大尺寸的非共格析出相则可能恶化钢基体的耐蚀性能和促进氢损伤。最后展望了目前关注较少的纳米析出相对腐蚀疲劳影响的相关研究。明确纳米析出相对高强度低合金钢腐蚀行为的影响规律与机制将有助于更高品质耐蚀钢的开发和应用。      

齿轮钢高温渗碳后的疲劳性能

利用旋转弯曲疲劳试验方法,研究了Nb和Ti微合金化20CrMn齿轮钢(20CrMnNb钢:w(Nb)0.077%;20CrMnTiNb钢:w(Nb)0.048%+w(Ti)0.038%)经1 000℃高温渗碳后的疲劳性能。结果表明,Nb-Ti复合微合金化的20CrMnTiNb钢中析出相尺寸小、数量多,其渗碳层原奥氏体晶粒平均尺寸明显低于Nb微合金化的20CrMnNb钢,因而20CrMnTiNb钢的疲劳极限高于20CrMnNb钢。疲劳断口观察发现,20CrMnNb和20CrMnTiNb钢主要以近表面基体方式起裂,渗碳层中疲劳裂纹沿晶界扩展,因而晶粒尺寸较细的20CrMnTiNb钢的疲劳性能较高。     

高强度耐大气腐蚀塔桅结构用钢板的研制开发

对高强度耐大气腐蚀钢进行了 Cu、Cr、Ni、Nb合金化处理 ,配合冶炼、控温轧制等生产工艺 ,开发研制了屈服强度达到 390 MPa的高强耐大气腐蚀钢板。结果表明 ,该钢具有高强度、强韧性及良好的焊接和耐大气腐蚀等性能 ,其年腐蚀率小于 0 .0 2 5 mm / a。     

合金元素对铁素体不锈钢耐应力腐蚀开裂性能的影响

通过42%沸腾氯化镁U型弯曲试验,结合扫描电子显微镜、X射线衍射分析,研究了合金元素Ni、Cu、Mo对铁素体不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂性能的影响规律。结果表明,Ni、Cu元素能够提高铁素体不锈钢应力腐蚀开裂的敏感性,单独添加Mo元素不会降低铁素体不锈钢耐应力腐蚀开裂的能力,但是钢中Mo、Cu元素同时存在时,应力腐蚀开裂的敏感性大大增加。钢中析出的ε-Cu在氯离子环境中形成点蚀,引起了铁素体不锈钢应力腐蚀开裂。     

Nb对Fe-Mn-Al-C低密度钢显微组织及耐蚀性的影响

为探究Nb合金化对Fe-28Mn-10Al-C低密度钢显微组织和耐腐蚀性能的影响规律及作用机理,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段观察了Nb质量分数分别为0、0.3%、0.5%的试验钢微观显微组织和析出相特点;通过电化学极化测试与浸泡腐蚀法研究了Nb含量对试验钢在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性能的影响,并观察分析了腐蚀后的形貌特征及元素分布规律。结果表明,Nb合金化后的Fe-28Mn-10Al-C-xNb低密度钢中沿奥氏体晶界析出了fcc-NbC第二相,随着Nb质量分数由0增加至0.5%,试验钢中奥氏体晶粒尺寸由39.49μm减小到13.67μm,腐蚀电流密度由6.17×10^-6 A/cm²降低到6.31×10^-7 A/cm²;在72 h的腐蚀周期内,腐蚀失重由5.750 mg/mm²降至4.625 mg/mm²,表明Nb合金化细化了奥氏体晶粒尺寸,增强了电化学极化过程中试验钢表面稳定性,降低了电化学腐蚀速率,试验钢的耐腐蚀性能得到改善。...     

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。     

450MPa级超细组织耐大气腐蚀钢板的开发与研制

利用变形诱导铁素体相变超细组织控制技术，通过对09CuPTiRE钢进行Nb微合金化并进行控制轧制和冷却，开发研制了晶粒尺寸为3．5～4．8pm、屈服强度达450MPa级的高强度超细组织耐大气腐蚀钢板。研究结果表明，该钢具有良好的成形、焊接和耐大气腐蚀等性能。     

300M超高强度钢电化学性能及应力腐蚀开裂

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸试验研究了超高强度钢300M在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.300M钢在3.5%NaCl溶液中开路电位下的应力腐蚀开裂机制为阳极溶解型,Cl-的存在明显地增加了材料的应力腐蚀开裂敏感性.阳极电位-600 mV下300M钢溶解速率加快,表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,断面收缩率损失由开路电路下的52.6%升高至99.5%,裂纹起源于表面点蚀坑处,应力腐蚀开裂为阳极溶解型机制.阴极电位-800 mV下材料处于阴极保护电位范围,表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性,强度和韧度与空气中拉伸的数值相近,开裂机制为阳极溶解和氢致开裂协同作用.在更低电位(低于-950 mV)下,300M钢的应力腐蚀开裂机制为氢致开裂,在氢和拉应力的共同作用下表现出很大的应力腐蚀开裂敏感性.      

一种新型的无σ相双相不锈钢

鉴于奥氏体-铁素体双相不锈钢所固有的抗应力腐蚀开裂能力，其应用环境常常具有强腐蚀性，这就有必要提高钢中的铬、钼含量。然而，合金含量的提高导致了在高温受热后对σ相和其他有害金属间相敏感性的增加。因为这些相可以显著降低耐蚀性、韧性、塑性和疲劳性能，所以发展了相应的敏感性检验和性能试验，用于鉴定这些相及其影响。     

低碳-低锰系油井套管用钢抗硫化氢应力腐蚀开裂性能

 对621MPa(90ksi)级抗硫化氢腐蚀油井套管用钢的合金设计、热处理工艺以及组织和性能关系进行了研究,分别设计了0.08C-0.8Mn和0.20C-0.8Mn 2种低碳-低锰试验钢,并重点研究了经调质处理后试验钢的位错、析出物和碳化物对SSCC性能的影响。研究结果表明,采用低碳-低锰,结合Nb、V、Ti和B的微合金设计,通过适当的调质热处理工艺可以获得优良的力学性能、韧性和抗硫化氢应力腐蚀开裂性能,满足相关标准的要求。研究结果还表明,不共平面的位错群、细小的析出物以及弥散的高球化率碳化物,可以使钢具有很好的抗硫化氢应力腐蚀开裂性能。     

超高强度热冲压用钢中H的扩散与氢致滞后开裂行为

采用阴极充H、恒载荷拉伸和电化学H渗透等试验方法,研究了超高强度钢22MnB5Nb的H扩散行为及氢致滞后开裂性能,并与常用热冲压钢22MnB5进行了对比。结果表明,H在22MnB5Nb钢中的扩散系数为3.02×10-7 cm2/s,显著低于22MnB5钢;与22MnB5钢相比,22MnB5Nb钢具有较好的耐氢致滞后开裂性能;这是由于22MnB5Nb钢晶粒较细小,增加了晶界的有效面积,使H陷阱分布更均匀,进而抑制H向裂纹尖端扩展,避免了局部H的富集。     

合金元素对不锈钢应力腐蚀的影响

在整个湿态腐蚀破坏事例中，应力腐蚀断裂已成为现代不锈钢领域的主要破坏形式，在奥氏体，铁素体，双相不锈钢中，合金元素对这三类钢应力腐蚀敏感性的影响不尽相同。碳化物稳定化元素的加入均提高这三类钢的耐应力腐蚀性能，钢的高纯化（Ｃ，Ｎ含量低）是目前发展应力腐蚀新材料的研究方向。     

中碳微合金化钢高温延塑性的研究

借助Gleeble1500热模拟试验机测试了含Nb和含Nb、Ti两种中碳微合金化钢的高温力学行为,分析了析出物、相变、动态再结晶对微合金化钢高温延塑性的影响。结果表明:试验钢种无第Ⅱ脆性区出现;含Nb钢第Ⅲ脆性区的温度范围为950~700℃,含Nb、Ti钢第Ⅲ脆性区的温度范围为900~725℃;微合金化元素Ti的加入可以细化奥氏体晶粒使含Nb微合金化钢高温塑性槽变窄、变浅;析出物沿晶界多而细小的析出和γ→α相变是第Ⅲ脆性区微合金化钢高温延塑性变差的主要原因。实际生产中通过优化二冷区水量,采用弱冷,可以有效降低微合金化钢表面微裂纹的发生率。     

低成本钛元素合金化超高强度钢的组织及力学性能

针对低成本超高强度钢的开发问题,在国外材料基础上设计开发了低成本Ti微合金化超高强度钢,弥补了国内相关产品空白;同时通过力学测试、微观组织表征、析出相分析等方法揭示了Ti微合金化对试验钢的组织性能影响规律及强韧化机制,为低成本超高强度钢板新材料的工业化应用提供数据积累与理论支撑。试验结果表明：Ti微合金化试验钢与基础钢相比,屈服强度相当,断面收缩率从33%提升至44%,低温冲击韧性也从22.6 J提升至26.7 J,可见Ti微合金化试验钢具有更好的塑韧性匹配;其主要原因是Ti微合金化试验钢中有较多的MC型和M₃C型碳化物析出,使得基体中固溶的C质量分数从0.287%降至0.247%,同时Ti微合金化使得试验钢的原奥氏体晶粒由9.5级细化至11.0级,有效晶粒尺寸从1.8μm降低至1.3μm。计算结果显示：Ti微合金化试验钢碳当量较基础钢明显降低,因此焊接性能更好;Ti微合金化试验钢通过降低固溶强化、提高位错强化和细晶强化以及析出强化,实现了屈服强度的提升,并保障了韧性和工艺性能。     

氮含量对高纯奥氏体不锈钢耐蚀性能的影响及机理的研究

采用电化学、化学浸渍、ＸＰＳ、ＡＥＳ、物理化学相分析等方法研究了氮对高纯奥氏体不锈钢０００Ｃｒ１９Ｎｉ１４耐点蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂性能的影响并对其作用机理进行了探讨。结果表明，氮的加入可以显著改善钢的耐点蚀性能；高纯奥氏体不锈钢加氮（≤０．２０％）合金化敏化热处理不会引起晶界贫铬，在沸腾６５％ＨＮＯ３中主要是均匀腐蚀；在含有Ｃｒ６＋的硝酸溶液中，当氮含量不超过０．０８６８％时对晶间腐蚀影响很小，而氮含量超过０．０８６８％时氮含量增加则晶间腐蚀加剧。因此认为氮元素在晶界偏聚以及高氮钢中氮化铬在晶界的析出是晶间腐蚀加剧的原因；在沸腾４２％ＭｇＣｌ２溶液中的慢应变速率实验（ＳＳＲＴ）结果显示，适当量的加入氮，可以降低固溶态钢的应力腐蚀敏感性，而对敏化态钢没有影响。     

含铌齿轮钢的晶粒长大动力学

 利用金相试验方法和理论模型研究了几种Nb微合金化齿轮钢的奥氏体晶粒长大动力学。结果表明,试验钢中Nb含量分别为w(Nb)=0%、004%、006%和008%,奥氏体化温度在900~1 200 ℃范围,奥氏体化保温时间为15~600 min条件下,由于NbC颗粒的钉扎晶界作用,齿轮钢中添加微量Nb,可有效阻止奥氏体晶粒粗化,而且随Nb含量的增加,晶粒细化效果越明显。     

450 MPa级高强度耐大气腐蚀带钢的研制

介绍了鞍钢450MPa级高强度耐大气腐蚀带钢的研制过程。其工艺特征为“Nb、Ti微合金化＋控轧控冷”;通过组织单一化控制使产品得到良好的耐大气腐蚀性能;通过细晶强化及钢质纯净化控制生产出各项性能指标优异的450MPa级产品。同时还进行了配套焊材和焊接工艺的开发。     

Nb微合金化钢连铸坯表面裂纹

1 前言 Nb微合金化钢经控制轧制析出弥散细小的NbCN,能明显细化晶粒提高钢的强韧性。1980年以来,武钢根据国民经济的需要,开发了一系列Nb微合金化钢用作石油管线、船舶、海洋平台及高炉炉壳等。钢板性能达到国内外同类钢种实物水平。但Nb微合金化低合金高强度钢连铸时具有较明显的表面裂纹敏感性。当轧成中厚板时仍存在表面裂纹,加大了表面修磨量,有时还恶化钢板冷弯性能。为改善Nb微合金化钢板性能,提高产品合格率,     

微合金化TRIP型退火马氏体钢氢渗透行为研究

通过在0.2%C-1.5%Si-2.0%Mn成分基础上进行Nb、V和Ti微合金化成分设计以及"完全奥氏体区淬火+临界区淬火至马氏体相变点以上温度配分"工艺,获得组织为退火马氏体基体+残余奥氏体的退火型马氏体TAM。对各种钢氢渗透行为的研究发现,微合金元素析出物能够显著抑制氢在钢基体中的扩散行为。Nb、V和Ti处于可比的加入水平时,Nb微合金化钢的氢扩散系数最低,为0.716×10~(-7) cm~2/s, Ti微合金化钢为1.136×10~(-7) cm~2/s,0.052%V钢为2.647×10~(-7) cm~2/s,这些值均低于参照钢。对含钒钢,随着钢中V含量增加,氢渗透时间长,产生的氢陷阱作用增强。认为Nb和Ti在高温析出粗大的碳化物对氢的抑制作用强烈,而V在低温析出的高密度细小、弥散分布的碳化物,使基体具有大量的氢陷阱,保证材料获得强的抑制氢扩散能力。     

微量铌和钛对汽车扭杆用钢力学性能的影响

本文研究了微合金化元素Nb、Ti对汽车扭杆用钢XC42P力学性能的影响。试验结果表明：以Nb和Ti微合金化可使XC42P钢的叮。平均提高约92MPa，σa／σb的值可达0、89以上；制成的扭杆在疲劳试验下，弹性退减全部小于0、5°。