12.9级高强度耐候螺栓钢的抗氢致延迟断裂性能

针对自主研发的12.9级高强度耐候螺栓钢,利用氢渗透试验、恒载荷延迟断裂试验、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等,研究了其在不同温度回火后的抗氢致延迟断裂性能.结果表明:随着回火温度的升高,氢扩散系数D0增大,可扩散氢浓度C0略微增加;随着回火温度的升高,钢的抗氢致延迟断裂性能明显提高,断口起裂区比例减小,600℃时几乎...     

钒对高强度钢耐延迟断裂性能的影响

研究了不同钒含量的42CrMo钢的缺口拉伸延迟断裂性能。试验结果表明，钢中加入适量的V能够改善高强度钢的耐延迟断裂性能，并对其作用机制进行了探讨。     

高强钢延迟断裂敏感性评价研究现状

现代工业迫切需要提高钢结构材料的强度,但钢材随着强度提高对氢的敏感性也升高,特别当抗拉强度超过1 200 MPa时,高强钢由氢引起的断裂更为严重。因此,在高强钢的开发进程中,必须进行延迟断裂敏感性评价。本文总结了国内外高强钢的延迟断裂敏感性评价方法,指出临界氢浓度与环境中的氢侵入行为结合是延迟断裂敏感性评价的有效方法。     

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．     

V微合金化对55SiCr钢组织和抗延迟断裂性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、热力学计算、物理化学相分析和恒载荷缺口拉伸试验,研究了V微合金化对55SiCr弹簧钢淬火和回火后的组织和抗延迟断裂性能的影响。结果表明,由于微合金化元素V的加入,试验钢经淬火和回火后的屈服强度提高了150 MPa,抗拉强度提高了100 MPa,同时获得了尺寸集中在18～36 nm的MC析出相,有效阻止了淬火保温时奥氏体晶粒的长大,将奥氏体晶粒尺寸由15.4μm细化至4.7μm。添加V元素后,在超细晶粒和MC型纳米析出相作为氢陷阱的共同作用下,55SiCr弹簧钢获得高强度和更好的抗延迟断裂性能。     

12.9级矿车制动盘螺栓断裂失效分析

材料为SCM435钢的12.9级六角头螺栓服役42 h后发生断裂。为了揭示螺栓断裂的原因,采用光电直读光谱仪、光学显微镜、扫描电镜和测氢仪对断裂的螺栓进行了化学成分、宏观和微观等分析。研究结果表明,螺栓断裂是氢致延迟断裂。     

热处理对42CrMo钢的耐延迟断裂性能的影响

对42CrMo钢进行了淬火回火处理和等温淬火处理，探讨热处理工艺对高强度钢的耐延迟断裂性能的影响，缺口拉伸实验表明，与淬火回火相比，等温处理后42CrMo钢在抗拉强度为1500MPa级时具有优良的耐延迟断裂性能。组织观察发现，42CrMo钢等温处理后由下贝氏体组成，ε－碳化物分布在贝氏体板条内部，原奥氏体晶界无碳化物，因而耐延迟断裂性能较好。随等温温度的降低，贝氏体板条变细，强度增加，耐延迟断裂性能也提高。可见，通过等温处理获得了贝氏体组织是改善1500MPa合金结构钢的耐延迟断裂性能的一种有效途径。     

回火温度对30CrMnSiA钢氢致延迟断裂行为的影响

采用恒载荷缺口拉伸试验和慢应变速率拉伸试验研究了30CrMnSiA钢在不同回火温度下的氢致延迟断裂行为。结果表明,随着回火温度的提高,实验钢的延迟断裂抗力逐渐提高,510℃回火时可获得良好的耐延迟断裂性能。实验钢在充氢前的断裂机制为准解理+少量韧窝断裂,且随着回火温度的升高,断口中韧窝断裂的比例增加;实验钢在充氢后或在腐蚀液中加载时,350℃和400℃回火试样的断裂机制转变为氢致沿晶断裂,510℃回火试样的断裂机制则未发生变化。     

1000 MPa级别超高强钢延迟开裂机理的研究北大核心CSCD

利用U形弯曲试验、动态充氢恒载荷试验和氢渗透试验研究了3种1000 MPa级别超高强钢的氢致延迟开裂性能。U形弯曲试验和动态充氢恒载荷试验结果表明,3种试验钢的氢致延迟开裂敏感性由高到低依次为:B钢>A钢>C钢。氢渗透试验结果表明,3种试验钢的氢表观扩散系数由低到高依次为:B钢>A钢>C钢。3种1000 MPa级别超高强钢的延迟开裂机理为:随着钢的强度提高,钢中氢陷阱浓度越高,钢的氢表观扩散系数下降,同时配合环境中氢浓度的变化,钢中氢浓度势必提高,一旦氢浓度达到延迟开裂临界氢浓度C0,试验钢即会出现氢致延迟开裂现象。超高强钢延迟开裂的两个重要影响因素为钢中氢陷阱浓度和环境中氢浓度。     

含Ni高强度螺栓钢氢致延迟断裂行为研究

采用恒载荷缺口拉伸延迟断裂试验研究了一种新型含Ni高强度螺栓钢在pH=3.5Walpole溶液中的氢致延迟断裂行为,并与未加Ni钢进行了对比。结果表明,与未加Ni钢相比,添加1%(质量分数)Ni钢的氢致延迟断裂抗力明显提高,提高幅度约10%,从而显著降低了延迟断裂试样裂纹源区沿晶断裂所占比例。另外,添加1%Ni还能显著降低试验钢在pH=3.5Walpole溶液中浸泡100 h后吸附的氢量、腐蚀坑深度及腐蚀速率。电化学极化曲线测定表明,1%Ni元素的添加能使试验钢的腐蚀电位正移,提高点蚀抗力。因此,腐蚀抗力提高以及锈层中Ni的富集而使得吸附的氢量减少,是含Ni试验钢耐延迟断裂性能得到改善的主要原因。     

Ti微合金化700 MPa级集装箱用耐候钢的组织性能

采用变形热膨胀相变仪测定了700 MPa级集装箱用耐候钢的奥氏体连续冷却曲线,并对实验钢进行轧制及周期浸润腐蚀实验,研究了实验钢的奥氏体连续冷却转变行为,轧制工艺对组织性能的影响以及实验钢在工业大气环境下的腐蚀行为。结果表明,所制备的高强耐候钢综合性能优异,屈服强度在770 MPa以上,抗拉强度在840 MPa以上,伸长率达到16%。实验钢的组织为均匀细小的贝氏体,第二相粒子主要是TiC,尺寸在100 nm以下,纳米级含Ti析出相起到了良好的细化组织和析出强化效果。实验钢具有良好的耐大气腐蚀性能,其相对Q345B的腐蚀速率为50.7%,与Q345B相比,耐候钢在腐蚀过程中所生成的锈层更加均匀致密,与基体结合更加牢固,对基体具有更强的保护能力。     

高强钢氢脆敏感性和氢致附加应力的相关性

采用慢应变速率试验(SSRT)研究了高强钢40CrMoTi的氢脆敏感性与氢致附加应力的关系。试验表明,氢致附加应力aσd随试样的屈服强度sσ以及固溶氢浓度C0的对数的增加而线性升高,其关系为,aσd=-260+0.226sσ+63.9 lnC0,高强钢恒载荷下氢致滞后断裂门槛应力随氢浓度对数的升高而线性下降,即,σHIC=863-145lnC0(sσ=900 MPa),σHIC=891-183 lnC0(sσ=1 050 MPa)。预充氢试样慢应变速率拉伸时的相对断裂应力σF(H)/σF随氢浓度对数的升高而线性下降,即,σF(H)/σF=0.97-0.18 lnC0(sσ=900 MPa),σF(H)/σF=0.95-0.24 lnC0(sσ=1 050 MPa)。     

Z向插销试验氢致延迟裂纹的研究

本文采用了Z 向插销试验。对15MnVN 钢和15MnVNCu 钢的Z 向抗裂性能进行了研究。试验结果表明.Z 向插销临界应力值(σ_(cr))z 与母材的P_(CM)和氢含量有关.该规律与反映氢致延迟裂纹本质的X 向插销试验相同。作者利用断口分析和声发射技术证实:在本试验条件下(σ_(cr))z 主要是反映钢材的氢脆敏感性,而并非层状撕裂敏感性,同时认为,所采用的试验条件可以影响Z 向插销试验所反映的实质。此外.文中还讨论了片条状MnS 夹杂物在氢致延迟裂纹的形成和扩展时所起的作用,并对比了采用断裂准则和启裂准则的利弊.     

夹杂物对冷轧热成形钢氢致延迟开裂的影响

采用恒载荷试验和慢速率拉伸(SSRT)试验研究了1500 MPa级冷轧热成形钢氢致延迟开裂(HIDC)行为。使用金相显微镜和夹杂物分析仪观察和分析了钢的微观组织和夹杂物。结果显示,钢的延迟断裂临界应力值为772.5MPa,氢脆敏感性指数为77%。淬火前钢的组织为铁素体和珠光体,淬火后为板条马氏体,钢中夹杂物以具有尖锐棱角的TiN+Al_2O_3以及MnS为主。充氢条件下钢的断口表现出沿晶开裂特征,TiN和Al_2O_3夹杂物是氢致延迟开裂的裂纹源。     

CO2气保焊条件下ZG20MnMo钢热影响区氢致裂纹的研究

用插销试验法研究了CO2气保焊条件下ZG20MnMo钢热影响区(HAZ)的氢致裂纹敏感性、裂纹形貌及产生裂纹的主要原因。结果表明：在不预热和16kJ／cm线能量条件下，ZG20MnMo钢热影响区的氢致裂纹敏感性很强，临界断裂应力(σcr)只有60MPa，D((σNT-σcr)／σNT，σNT，为无氢时的抗断强度)值高达96％。断口具有典型的氢致延迟裂纹特征，断口形貌与拘束应力水平有关。低应力水平条件下，断裂方式为冰糖状的沿晶(IG) 氢致准解理穿晶(QCHE)，而且出现较多沿晶界和板条界二次裂纹；高应力水平时，主要为冰糖状的IG，QCHE比例减少，而且QCHE中撕裂棱的塑性变形和二次裂纹都明显减少。氢致裂纹的产生主要与HAZ的淬硬程度高有关，近缝区形成粗大的马氏体组织，硬度值高达493HV，这种组织容易发生氢脆，氢脆指标I(I=801gHV-130(％))为85．2％，即使氢的含量很低，HAZ也会萌生裂纹并扩展。     

热处理对30CrMnsiA钢抗氢脆性能的影响

实验考察各种强韧化热处理工艺对30CrMnSiA钢抗氢脆性能的影响。结果表明,在900℃淬火和500℃回火之间,采用(Ac_3-10℃)亚温淬火、(Ac_3 20℃)两次淬火可使调质状态钢的氢脆断裂下临界应力σc值分别提高9.6%和7.9%。等温淬火后在再进行Ac_3 20℃两次淬火可使钢的σc值提高10.4%。370等温淬火工艺可使板状缺口试样钢的σc值提高60%。钢的抗氢脆能力的提高是由于存在一定量韧性相铁素体或残余奥氏体,提高了基体组织的塑性和韧性。晶粒细化、α相和γ相由块状改变为针状、碳化物弥散细小地分布以及吸氢量减少也是氢脆敏感性降低的原因。     

变形量对贝氏体型冷作强化非调质钢力学性能的影响

研究了变形量对一种低碳Mn-B-Ti系贝氏体型冷作强化非调质钢力学性能的影响。结果表明,随着变形量的增加,实验材料的强度逐渐增加而塑性逐渐降低,其中屈服强度较抗拉强度增加的幅度大。应变硬化指数n随γ增大为先增加后降低,即约在γ=30%时,n出现一峰值。冷拔变形后1/3冷镦变形时的压缩应力随γ增加基本不变,临界压缩变形量则随γ增大而不断降低。随着γ的增加,实验钢未充氢样的慢拉伸缺口抗拉强度逐渐增加,而充氢后试样的缺口抗拉强度σBN和延迟断裂强度比R则显著降低。实验钢拉拔后再经400℃时效处理能够使其延迟断裂性能得到显著恢复。因此,在满足强度要求的前提下,应选择合适的变形量,以保证材料的冷镦和延迟断裂等性能。     

异型坯表面横裂纹的控制技术

马钢连铸异型坯在生产耐候钢时存在表面横裂纹,造成轧后废品。通过对结晶器热模拟分析,对连铸坯热成像温度分析,异型坯翼缘顶端至腹板存在较大的温度梯度,特别是翼缘顶端到腹板角部,无法避开高温脆性区。450 MPa级耐候H型钢含有一定的Cu、V、N、Al,晶界析出大量低熔点物质造成钢的高温延展性降低。经过改进,连铸坯温度差减小,设备精度提高,钢中低熔点物质得到控制,抑制了横裂纹的发生。     

1500 MPa级40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性

通过慢应变速率拉伸实验研究了Si含量分别为0.25%和1.16%的1500 MPa级40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性,即充氢后缺口试样抗拉强度下降率,冲击实验用来测试1 mA/cm2电流密度下充氢后试样的断裂韧性值,分析氢致裂纹的扩展方式.结果表明,由于Si抑制回火过程中碳化物的形核和长大,高Si含量的40CrNi3MoV钢中回火析出的碳化物被细化且弥散分布,作为氢陷阱使氢分布均匀,抑制了氢向裂纹尖端扩散,高Si含量的40CrNi3MoV钢的氢脆敏感性较低.     

用插销法研究CO2气保焊条件下SA106C铸件的冷裂纹敏感性

用插销试验法研究了CO2气保焊条件下SA106C铸件的冷裂纹敏感性及断口特征。结果表明，在不预热和16kJ／cm热输入条件下，SA106C铸件的抗冷裂性好，临界断裂应力σer为560MPa，接近其抗拉强度σb，可在不预热条件下焊接该钢。当拘束拉伸应力高于σb。时，将发生失效断裂，断裂性质为典型的氯致延迟裂纹引起的断裂，断裂方式为棱角分明的沿晶(IG) 准解理穿晶(QC)。晶内出现较多短小、锋利、笔直的二次裂纹；启裂区的IG比例较大，随着裂纹的缓慢扩展．扩散氢含量逐渐降低．断口中IG减少，QCHE和二次裂纹都明显增加，而且QCHE中撕裂棱的塑性变形增大。CO2气保焊条件下，SA106C铸件的抗冷裂纹性好，主要与该方法能得到超低氢的焊接条件有关，此外还与该钢的碳当量(CEHW=0．48)不高，HAZ淬硬不明显有关，过热区组织主要为贝氏体，硬度为321HV．低于350HV的临界硬度。