先进高强度汽车用钢氢致延迟断裂研究进展

随着汽车、机械装备、航空航天、船舶等工业领域的快速发展,降低成本、提性减重、实现节能减排已成为各个行业为之努力而奋斗的目标,而高强度钢材是实现汽车工业产品轻量化和安全性的重要依托。然而,随着汽车用钢强度的不断提升,氢致延迟断裂问题越发突出,已经成为阻碍高强度汽车用钢广泛应用的一个关键因素。主要介绍先进高强度汽车用钢(热成形钢、双相(DP)钢、淬火-配分(Q&P)钢)最新的研究成果,并对其氢致延迟断裂特性、机制和测试评价技术方法等方面做了简要介绍,为相关领域的研究人员提供参考。     

高强钢的氢致延迟断裂行为研究进展

为降低成本、增强减重,以实现节能降耗的目标,提高工程机械、汽车用钢等的强度级别成为一个有效的途径。然而,随着钢材强度的提高,其延迟断裂敏感性也随之增大,氢致延迟断裂敏感性已成为阻碍高强钢广泛应用的一个关键因素。系统阐述了国内外高强钢氢致延迟断裂行为的研究进展,讨论了相关影响因素,以及现有的相关基础理论及其局限性,并总结了延迟断裂行为研究方法进展,为相关领域的研究人员提供参考。     

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。     

高强度钢42CrMoVNb的氢致延迟断裂行为

采用阴极充氢、SSRT缺口拉伸和氢热分析等试验方法,研究了高强度钢42CrMoVNb在不同温度回火状态下的延迟断裂行为,并与常用的机械制造用钢42CrMo进行了对比。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢的耐延迟断裂抗力逐渐提高;在相同回火温度下,由于42CrMoVNb钢的强度水平明显高于42CrMo钢,其耐延迟断裂抗力...     

先进高强钢氢致断裂的研究

简要概述了氢致断裂的作用机理、钢中氢的来源,存在形式以及国内外氢致断裂理论的发展。介绍了先进高强钢氢致断裂研究的意义和实验方法。分析了以双相钢、孪晶诱导塑性钢和淬火配分钢为代表的先进高强钢氢致断裂的研究进展,为先进高强钢氢致断裂的研究和预防提供了参考。     

冷轧双相超高强钢氢致延迟断裂门槛应力研究

以抗拉强度为1 000 MPa级的汽车用冷轧双相钢为对象,采用电化学充氢和恒载荷拉伸试验方法,研究了材料在不同应力和充氢条件下的延迟断裂行为以及材料延迟断裂门槛应力与氢浓度之间的关系.结果表明,在充氢条件下材料延迟断裂时间随着应力的增大而缩短,延迟断裂的门槛应力随着充氢电流密度增大而下降,延迟断裂门槛应力与临界可扩散氢浓度的对数呈线性关系.     

钛对高强度钢耐延迟断裂性能的影响

在42CrMo钢中加入不同含量的微合金元素钛，研究了钛对高强度钢耐延迟断裂性能的影响。试验结果表明，钢中添加适量的钛能够改变高强度钢的耐延迟断裂性能，这种影响主要来自于析出物TiC的氢陷阱作用和晶粒细化作用。     

牙轮大轴氢致断裂的分析

以某厂生产的石油机械零件牙轮大轴的断裂为例,用扫描电镜、电子探针等方法观察分析断口,按一般脆性断裂故障树分析思路,结合该零件的制造工艺过程进行断裂原因分析,结果表明,牙轮大轴的断裂为典型的氢致断裂,同时对机械零部件的氢脆断裂失效进行了相关讨论。     

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。     

钒钼微合金化32MnB5热成形钢的抗氢脆性能研究

在实验室条件下通过在传统32MnB5热成形钢基础上添加不同含量的V和Mo,利用慢应变速率拉伸试验来评价材料的氢脆敏感性,并结合氢渗透试验对微合金化热成形钢的抗氢脆性能变化机理进行了探讨。试验结果表明：添加V和Mo合金元素均有利于提高材料的抗氢脆性能,材料充氢后的塑性损失均出现降低。其中V与Mo复合添加相对于单一添加V样品,其原奥氏体晶粒尺寸及纳米级析出相尺寸更为细小,可以有效捕获氢原子,阻碍了氢原子的扩散,因此表现出最佳的抗氢脆性能,氢扩散系数降至7.3×10^-11 m²/s,可扩散氢浓度减少至4 100 mol/m³。     

超高强度热成形钢研究进展及展望

在“双碳”战略的大背景下,环保、节能等问题越来越受到重视,由此对汽车用钢轻量化提出了更高的要求,超高强热成形钢作为汽车用钢的重要组成部分,有着广阔的研究前景。概述了国内外热成形钢研究现状,从成分设计、组织特征、工艺调控等多个角度出发,总结出了微合金化和残余奥氏体组织调控对超高强热成形钢强塑化机制的影响规律;阐述了铝硅镀层、锌基镀层热成形钢及新型无镀层高抗氧化性热成形钢的研究进展;论述了超高强热成形钢微观组织与氢致延迟开裂行为之间的相互作用。对超高强热成形钢的进一步优化控制提出了建议,为实现高强塑性及优异服役性能的超高强热成形钢的研发与产业化应用提供了参考。     

热装炉工艺对冷成形钢性能的影响

将从连铸机出来的板坯进行热装炉，减少了燃料消耗，但由于改变析出特性，轧材的力学性能可能会受到有害影响。含ＴｉＮ的钢种应该采用高的装炉温度，因为这些钢种中的ＴｉＮ能阻止晶粒长大，且需要高温来保证随后的析出强化，普碳钢和Ｎｂ＋Ｖ钢的晶粒易于长大，因此需要较氏的装炉温度，但装炉温度要足够高以避免在以铁素体为主的区间终轧，否则会降低钢的韧性。『     

超高强钢典型环境下扩散氢演变及延迟开裂行为研究

利用干湿循环试验与随车挂片试验方法研究了6种超高强钢在典型环境下扩散氢变化规律及延迟开裂行为,并分析了环境对超高强钢延迟开裂行为影响。结果表明:试验钢种在模拟服役环境下,除预变形11.3%的B-1钢在模拟服役环境下扩散氢含量更高外,其他样品扩散氢含量极低。实际服役环境下6种超高强钢均没有发生延迟开裂,表面完好,且实际服役环境下超高强钢扩散氢含量高于模拟服役环境。     

钢的延迟断裂敏感度测定法及高耐延迟断裂的高抗拉强度钢的开发

本文阐明，通过测量引起钢中延迟断裂的临界扩散氢含量和从使用环境中钢中吸收的氢含量浓度，可以确立一种预测钢在其实际使用环境中延迟断裂敏感度的技术。基于该测定法，利用氢捕集物使扩散氢对1300MP a螺栓用钢无害，并且通过对1500PC钢棒材进行成形和热处理以促进原始奥氏体晶界性能的改善，结果发现这两种钢材均具有高的临界扩散氢浓度。以此可以认为，这些新钢种在其实际使用环境中具备极好的耐延迟断裂的能力。     

高强钢焊接氢致裂纹断口微观形貌的研究及模式化

采用插销实验和扫描电镜观察方法详细研究了焊缝扩散氢含量和非金属夹杂物对10Ni5CrMoV低碳中合金高强钢焊接热影响区氢致裂纹断口微观形貌的影响。结果得出,扩散氢含量是影响氢致裂纹断口微观形貌的主要因素,在插销净截面应力300～800MPa的范围内,加载应力对延迟扩展区断口形貌无明显影响。钢中硫化物夹杂的增加使扩展区形貌从IG_(HE)向MVC_(HE)转变,而含氧化物夹杂钢则转为QC_(HE)。作者提出了一个新的适于解释氢致裂纹扩展第Ⅱ阶段断口微观形貌的竞争开裂模式,从而从氢致裂纹本质机制上圆满说明了上述实验结果。     

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。     

耐延迟断裂性优良的高破薄板钢

近来作为提高耐久性和轻量化、高机能化为茸的，而力求汽车部件的高强度化。但这些部件中多使用的是高碳薄板钢。此类钢经热处理后为回火马氏体或贝氏体组织，其强度在1200～2000N/mm^2，而在这样高的强度下，使用在附加应力条件下，易发生延迟斯裂，给使用带来问题。