０ 引言

鋼鐵材料力學(xué)性能的提高對(duì)降低資源、能源消耗大有裨益，一直都是研究的重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)大量生產(chǎn)和應(yīng)用的結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度一般在４００～８００ＭＰａ，如能在保持塑性的同時(shí)將鋼的強(qiáng)度級(jí)別提高一倍，則實(shí)際生產(chǎn)中鋼材用量可大為減少，從而達(dá)到輕量化的目的［１－２］。特別是對(duì)汽車而言，高強(qiáng)度鋼材的運(yùn)用可有效降低整車質(zhì)量從而降低油耗和排放。研究表明，汽車質(zhì)量每下降１０％，油耗下降６％～８％，排放下降４％～６％［３］，因此汽車輕量化也一直是新型鋼鐵材料不斷問世的推手之一。得益于相變理論的發(fā)展，自２０世紀(jì)７０年代以來，以固態(tài)相變作為強(qiáng)化和增塑機(jī)制的各類新型高強(qiáng)度鋼不斷問世，并逐漸取代部分傳統(tǒng)高強(qiáng)度低合金（ＨＳＬＡ）鋼在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。該類新型高強(qiáng)度鋼的顯微組織通常為兩相或兩相以上組織，如馬氏體、貝氏體、鐵素體、奧氏體等，形成復(fù)合組織，分別用來增強(qiáng)和提塑，由此使材料兼具高強(qiáng)度與高塑性的特性。雙相（ＤＰ）鋼、相變誘發(fā)塑性（ＴＲＩＰ）鋼、孿生誘發(fā)塑性（ＴＷＩＰ）鋼、淬火－配分（Ｑ＆Ｐ）鋼、淬火－配分－回火（Ｑ－Ｐ－Ｔ）鋼以及貝氏體鋼等新型高強(qiáng)度鋼，主要添加硅和錳等價(jià)格低廉的合金元素，側(cè)重于利用這些合金元素改變相變規(guī)律，以優(yōu)化顯微組織獲得優(yōu)異的力學(xué)性能［４］。如中碳Ｑ－Ｐ－Ｔ鋼在抗拉強(qiáng)度達(dá)到１５００ＭＰａ時(shí)，其伸長(zhǎng)率仍可維持在２０％左右［５］，顯示出良好的強(qiáng)塑性配合。

然而，鋼鐵材料在冶煉、酸洗、電鍍、焊接過程中以及隨后的服役時(shí)均存在氫滲入的幾率，從而導(dǎo)致先進(jìn)高強(qiáng)度鋼存在發(fā)生氫脆的風(fēng)險(xiǎn)；再加上服役時(shí)應(yīng)力梯度作用下氫易向高應(yīng)力區(qū)（如相界等）富集，顯著增加了承載零部件（如螺栓、懸架彈簧等）或承載鋼結(jié)構(gòu)（如壓力容器、建筑結(jié)構(gòu)等）發(fā)生氫脆的可能性。關(guān)于鋼鐵中的氫脆，早在１８７５年，Ｊｏｈｎｓｏｎ［６］就第一次證實(shí)氫會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)性能的顯著惡化，并產(chǎn)生無預(yù)警的脆斷。自此以后，氫對(duì)鋼鐵材料壽命的影響開始受到重視，并總結(jié)出氫脆存在如下幾個(gè)顯著特征：（１）惡化力學(xué)性能，特別是會(huì)顯著降低

伸長(zhǎng)率和斷面收縮率；（２）改變斷裂機(jī)制，形成不同的斷口形貌，主要表現(xiàn)為隨材料中氫濃度的提高，斷裂模式由延性韌窩斷裂向脆性解理或沿晶斷裂轉(zhuǎn)變；（３）斷裂發(fā)生突然，無明顯征兆，因而往往引起嚴(yán)重后果。

鑒于以上原因，防止高強(qiáng)度鋼鐵材料的氫致脆性斷裂一直是材料科學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。對(duì)傳統(tǒng)鋼鐵材料的研究發(fā)現(xiàn)，氫脆主要取決于氫在金屬中的狀態(tài)。氫在金屬中的運(yùn)動(dòng)包括氫的吸附、擴(kuò)散、富集等，并與顯微組織形成交互作用，以形成氫壓、弱化金屬原子鍵合力、降低表面能或促進(jìn)局部塑性變形等方式促使材料提前失效，發(fā)生脆性斷裂［７］，主要表現(xiàn)為力學(xué)性能的顯著下降。這些導(dǎo)致力學(xué)性能變化的氫常富集在陷阱中。金屬中氫陷阱種類的多樣性及與氫交互作用的多變性導(dǎo)致了金屬氫脆機(jī)理的復(fù)雜性。目前已知，氫脆敏感性隨鋼鐵材料強(qiáng)度的提高急劇增加，特別是當(dāng)抗拉強(qiáng)度超過１０００ＭＰａ［８］后，氫脆幾乎是不可避免的破壞性因素；此外，氫脆又具有組織敏感性的特征，尤其是作為強(qiáng)化相的馬氏體等非平衡組織引發(fā)氫脆的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵素體等平衡組織。由于這些非平衡相往往是構(gòu)成先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（ＡＨＳＳ）的基體組織，且ＡＨＳＳ的強(qiáng)度也很高，因此其氫脆問題同樣不容忽視。但是，由于ＡＨＳＳ出現(xiàn)的時(shí)間較晚，特別是某些類別的ＡＨＳＳ（如Ｑ＆Ｐ和Ｑ－Ｐ－Ｔ等鋼種）問世才１０ａ左右的時(shí)間，其氫脆機(jī)理雖受到一定關(guān)注，但還未得到深入研究，因此以下作者謹(jǐn)就ＡＨＳＳ的氫脆研究現(xiàn)狀作初步的綜述，供相關(guān)人員參考。

1雙相（ＤＰ）鋼的氫脆

ＤＰ鋼是２０世紀(jì)７０年代應(yīng)汽車行業(yè)輕量化的急迫需求而開發(fā)出來的第一種先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，其顯微組織是在等軸（或條狀）鐵素體基體中分布有島狀馬氏體的雙相組織，具有低屈服強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、高均勻伸長(zhǎng)率、高初始加工硬化速率和優(yōu)良的疲勞極限等優(yōu)點(diǎn)，因此ＤＰ鋼兼具高強(qiáng)度和良好的成型性及焊接性，廣泛應(yīng)用于汽車加強(qiáng)板、連軸器加強(qiáng)體、輪盤、保險(xiǎn)杠和懸掛系統(tǒng)等零部件。非沖壓成型ＤＰ鋼在建筑鋼筋、鋼絲繩等方面也取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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