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鋼研院&重大腐蝕頂刊：調控熱處理工藝，提高1.8GPa不銹鋼氫脆抗力！

2021-01-28 11:51:27 作者：本網整理來源：材料科學與工程分享至：

氏體高強鋼廣泛應用于航空航天領域的重載承力部件的制造，其性能穩定性關乎航空航天設備的服役安全。伴隨著強度級別的提升，尤其是當抗拉強度超過1.0 GPa時，馬氏體高強鋼對于氫致脆性斷裂將更為敏感，易于誘發災難性事故。研究表明穩定的奧氏體相可作為良性氫陷阱，有效捕獲馬氏體高強鋼中的可擴散氫，從而提升鋼的氫脆抗力。現有針對高強度馬氏體沉淀硬化不銹鋼氫脆行為的研究主要集中于微觀組織演變對于氫陷阱狀態及氫擴散行為的影響，而微觀組織演變同馬氏體沉淀硬化不銹鋼氫脆抗力的聯系尚未建立。

近期，鋼鐵研究總院特鋼所劉振寶教授團隊與重慶大學相關研究人員通過調控熱處理工藝（主要為時效處理工藝）成功提高了一種1.8 GPa級馬氏體沉淀硬化不銹鋼（0.001C-11.2Cr-11.3Ni-1.0Mo-1.6Tiwt.%）的氫脆抗力，使不同熱處理狀態試驗鋼充氫后的相對塑性損失降低約4-60倍不等。該研究通過對不同熱處理態馬氏體沉淀硬化不銹鋼的氫脆敏感性及微觀組織的系統性表征，建立了馬氏體沉淀硬化不銹鋼熱處理工藝-微觀組織-氫脆抗力的聯系，為提高該鋼種的氫脆抗力提供了理論依據。該成果以“Correlation between the microstructure and hydrogen embrittlement resistance in a precipitation-hardened martensitic stainless steel”為題發表于Corrosion Science期刊。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109260

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通過對不同熱處理態試驗鋼電化學充氫及未充氫試樣的慢拉伸實驗，獲得了不同熱處理態馬氏體沉淀硬化不銹鋼氫脆敏感指數（充氫前后試樣的相對塑性損失），并對慢拉伸試樣斷口形貌進行了詳細表征。實驗結果表明：冷處理態試樣的氫脆敏感指數較低（氫脆抗力較高），延長時效時間可有效降低試驗鋼對氫脆的敏感性。伴隨著氫脆抗力的提高，試樣斷口的延性斷裂特征逐步增加。此外，對斷裂慢拉伸試樣側表面氫致裂紋形貌的觀察表明，試驗鋼氫脆斷裂行為主要受到試樣表面萌生和擴展的氫致亞臨界裂紋的控制。

試驗鋼氫脆抗力提高的微觀組織因素主要在于：1）鋼中析出強化相η-Ni3Ti及韌性相奧氏體均為富Ni相。在過時效處理過程（延長時效時間、提高時效溫度）中，η相溶解進入奧氏體中，提高了其機械及化學穩定性；另一方面，η相可獨立轉變為逆轉變奧氏體。大量穩定的奧氏體相可作為有效的氫陷阱，降低試驗鋼基體中可擴散氫含量，降低了氫脆敏感性；2）大量彌散分布于試驗鋼基體中的η相在產生較強的析出強化效果的同時，易引起基體內部多位點的應力集中。在鋼中不存在納米級析出相顆粒（冷處理態）或析出相在過時效過程中發生熟化后，有效降低了慢拉伸過程中試驗鋼內部的應力集中，提高了氫脆抗力。

總體而言，本文為通過熱處理工藝調控Cr-Ni-Mo-Ti系馬氏體沉淀硬化不銹鋼中奧氏體相含量及穩定性，使其作為良性氫陷阱捕獲基體中的可擴散氫，從而成功提高了該鋼種的氫脆抗力。此研究成果為降低馬氏體沉淀硬化不銹鋼氫脆敏感性的相關工作提供了一種新穎可行的工藝技術路線。（文：YZ）