高强度不锈钢应用及研究进展

高强度不锈钢因其优异的综合性能及成熟的生产工艺,已成为航空、航天、海洋、石化工程等高端制造业领域的重要材料。系统回溯高强度不锈钢的发展及应用历程,总结此类钢的强韧化机理及最新研究进展,并详细梳理了影响该钢的氢陷阱行为及氢脆抗力的主要因素。结合现有研究成果,提出了采用多种类纳米级第二相颗粒复合析出强化突破高强度不锈钢强韧性匹配极限的思路;通过调控钢中析出相及逆转变奥氏体的交互析出行为,提高后者的机械、化学稳定性,使其作为钢中裂纹及可扩散氢的双重“陷阱”,从而提高钢的裂纹及氢脆抗力。最后指出未来新型高强度不锈钢的研发须重点关注以材料基因算法、人工神经网络、机器学习为代表的“人工智能化”合金设计理念。     

马氏体时效钢的研究现状与发展

马氏体时效钢是指以无碳或微碳的铁镍马氏体为基体,时效时能产生金属间化合物以进行沉淀硬化的超高强度钢。回顾了马氏体时效钢的发展历程,通过论述马氏体时效钢中各合金元素的作用讨论了其合金化的特点,结合马氏体时效钢的性能特点,介绍了其应用现状。此外,重点阐述了马氏体时效钢的氢脆敏感性问题,并对其未来的发展提出展望。     

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。     

Fe?Mn?(Al)?C高强韧性钢氢脆微观机制的研究进展

随着汽车行业的快速发展,轻量化汽车用钢的研发和应用越来越广泛。抗拉强度超过1000 MPa的第二、三代汽车用钢往往是复相组织,通过固溶、析出、变形、细晶强化等各种强化方式,在基体中形成大量缺陷,导致钢材服役过程中对氢更加敏感,容易在很小的氢溶解条件下发生氢脆。Fe?Mn?C系、Fe?Mn?Al?C系等含Mn量高的汽车结构用钢因层错能较高,不仅直接决定了其强韧性机制,还对其服役性能有重要影响。在Fe?Mn?C系TWIP钢的成分基础上,添加少量Al元素,形成Fe?Mn?(Al)?C钢,不仅能降低钢材密度,提高钢材的强韧性,也因Al元素改变了钢材的微观组织构成,一定程度上令氢脆得到缓解。但当Al含量较高时,形成低密度钢,其组织构成更加复杂,析出物更多,导致氢脆敏感性更显著。本文从Fe?Mn?(Al)?C高强韧性钢的组织构成、第二相、晶体缺陷等特征出发,综述了H在Fe?Mn?(Al)?C钢中的渗透、溶解和扩散行为,H与基体组织、析出相、晶格缺陷的交互作用,H在钢中的作用模型、氢脆机制、氢脆评价手段和方法等。并评述了Fe?Mn?(Al)?C高强韧性钢氢脆问题开展的相关研究工作和最新发展动态,指出通过第一性原理计算、分子动力学模拟和借助氢原子微印技术、三维原子探针等物理实验相结合的方法是从微观层面揭示高强韧性钢氢脆机制的未来发展方向。      

回火时间对马氏体钢氢脆敏感性的影响

采用慢应变速率拉伸及氢渗透试验研究了回火热处理时间对一种马氏体钢氢脆敏感性的影响。试验结果表明：随着回火时间的延长,试样的氢脆敏感性先降低后增加,当回火时间为4 h时,材料的氢脆敏感性指数达到最低值。其主要原因是当回火时间小于4 h时,大量碳化物的析出有效捕获了氢原子,使有效氢扩散系数及氢脆敏感性均降低;但当回火时间大于4 h时,碳化物粗化长大,其对氢原子的捕获作用减弱,导致有效氢扩散系数增加,氢脆敏感性增强。     

钛含量对汽车用贝氏体-马氏体双相钢抗氢脆行为的影响

冶炼了三种不同钛含量（0、0.9%和1.8%）的贝氏体-马氏体双相钢，通过热处理调整试样中贝氏体含量使其保持相同的强度水平，借助电化学充氢和慢应变速率拉伸试验手段研究了贝氏体含量对贝氏体-马氏体双相钢抗氢脆行为的影响。试验结果表明，钛含量为1.8%的试验钢中具有最高的贝氏体含量和最优异的抗氢脆性能，这主要归因于渗碳体-铁素体界面位错等不可逆陷阱对氢原子的俘获作用。为了提高贝氏体-马氏体双相钢的抗氢脆能力，可增加贝氏体组织中细小渗碳体颗粒的数量，为塑性变形过程中氢的迁移提供更多的不可逆氢陷阱。     

Cu对1470MPa级薄钢板在HCI溶液中氢吸收和扩散的影响

在高强度钢中氢的含量达到临界值时会导致氢脆,阐明了钢中加入Cu对抑制在HCl溶液中氢脆的作用,对TS1470MPa级低碳马氏体钢进行了渗氢试验和动态极化检测,钢的成分为0．19％C,0．2％Si,1．3％Mn,0．16％Cu和少量的Cr、Ti、Nb和B,为便于比较,对铁素体钢和珠光体钢也做了同样检测。渗氢试验结果表明,含0．16％cu的钢在0．1N HCl溶液中稳定状态下的渗氢电流（JH）低于参考钢,再者,加入cu后抑制了马氏体钢的JH,减小了阴极电流（ic）和JH／ic比。本研究得出的结果证实了这个假设,即在HCl溶液中钢表面析出1或2μm厚的金属Cu粒子可抑制阴极反应和氢的渗入,在电位梯度渗氢试验中获得氢的扩散常数（Deff）,加入cu对Deff影响很小并且与显微组织无关,根据Cu含量和显微组织估计阱位（nx）占有率大于99％。     

耐延迟断裂高强度螺栓钢的研究开发

介绍了高强度螺栓钢的发展趋势以及耐延迟断裂高强度螺栓钢的研究开发情况。     

高洁净度齿轮钢中非金属夹杂物的检测方法

研究了一种方便可靠的夹杂物评估方法:利用合适电化学充氢后的拉伸试样获取夹杂物并与极值统计法相结合估算不同体积钢中非金属夹杂物的最大尺寸并预测疲劳强度。研究选用工业生产的高洁净度20Cr2Ni4A齿轮钢,将淬火+低温回火态的标准拉伸试样进行电化学充氢,使拉伸断口由于氢脆现象存在一些以粗大非金属夹杂物为中心的脆性平台,从而可方便快捷地在扫描电子显微镜下对夹杂物的类型、尺寸和分布进行检测,并利用极值统计法对钢中的最大夹杂物尺寸进行评估。为了验证该方法的准确性,采用传统金相法和旋转弯曲疲劳试验对钢中非金属夹杂物进行了检测,结果表明,使用本文所提出的夹杂物评估方法预测的钢中最大夹杂物尺寸及疲劳强度与疲劳试验结果相吻合。因此,该方法有望成为预测高洁净度高强度钢中最大夹杂物尺寸及其疲劳强度的一种有效方法。      

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。     

金属间化合物TiAl的氢脆本质

根据固体与分子经验电子理论分析计算了ＴｉＡｌ及含氢各相的价电子结构与解理能。结果表明，ＴｉＡｌ的氢脆是由于固溶氢减弱了含氢ＴｉＡｌ晶胞主干键并降低了解理能引起的。同时解释了有关ＴｉＡｌ氢脆的一些尚有矛盾的实验结果，并提出了一些解决其氢脆的实际方法。     

用亚温淬火改善35CrMo钢的氢脆敏感性

本文研究了亚温淬火工艺对35CrMo钢力学性能和抗氢脆性能的影响。试验结果表明,当亚温淬温度高于790℃,即钢中残留的铁素体量低于11.2％时,经高温回火的35CrMo钢的抗拉强度、屈服强度以及常温冲击韧性都有明显的提高,钢的氢脆敏感性得到改善。文中分析了性能改善的原因,初步认为亚温淬火细化了晶粒和组织,是各项性能获得改善的主要原因。     

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。     

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.     

变形对汽车用铁素体不锈钢微观组织及抗氢性能的影响

铁素体不锈钢(FSS)具有良好的成形性能、低成本和耐腐蚀性能,被广泛应用于汽车制造等行业.本文通过对退火态、轧制20％、轧制40％的AISI430铁素体不锈钢进行4h的电化学充氢,研究了变形对汽车用AISI430铁素体不锈钢组织性能的影响和氢脆断裂机理.轧制态铁素体不锈钢具有较高的氢脆敏感性,氢对材料力学性能影响显著,...     

钢丝酸洗中氢脆的形成及预防措施

钢丝在酸洗过程中，如果操作不当，会产生各种缺陷，氢脆就是其中一种。介绍了氢脆形成的原因，指出了氢脆的危害。提出了避免氢脆产生的具体措施。     

电弧炉冶炼超高强度凹螺纹钢筋钢工艺的探讨与研究

用电弧炉冶炼超高强度凹螺纹钢，钢中气体含量易偏高而造成氢脆和时效，从而影响钢的质量，通过冶炼工艺，采用钢包吹氩等措施，改善了钢的质量，满足了钢材的性能要求。     

铝及铝合金的氢脆

本文从失效分析的角度出发,扼要地介绍氢在铝及铝合金中的溶解、扩散、铝中不同类型的氢脆类型及形成条件和对力学性能的影响;降低铝熔体含氢量及防止氢脆的方法;并对氢含量的测定方法及氢在Al-Li合金中的特殊行为作了初步探讨。     

高强度铝合金氢脆现象或可抑制

正高强度铝合金广泛应用于航空航天等领域,但由于存在氢脆和应力腐蚀开裂等与氢有关的破坏现象,影响了铝合金性能。日本九州大学的研究小组通过大型同步辐射设施SPring-8进行4D观察,查明了航空用高强度铝合金的破坏机理。以前一直认为铝合金的氢脆现象是由位错的微观缺陷引起的,但分析发现,大部分此前认为不会吸收氢的材料微细颗粒中含有     

汽车车门锁扣断裂失效分析

采用化学分析、扫描电子显微镜、全自动洛氏硬度计、光学显微镜等手段,对断裂的高强度锁扣进行了成分、断口形貌、硬度及组织等分析。分析结果表明,锁扣断裂原因为酸洗和电镀工序渗氢,且镀锌后未及时进行去氢处理,导致车门锁扣在装配前即发生氢致延迟断裂。同时,本文对氢脆提出了预防控制措施。