隨著工程機械、汽車等行業的快速發展，為降低成本、增“強”減重，以實現節能降耗的目標，國內外廣泛探索工程機械及汽車的輕量化方法。要最大限度地減輕設備質量，一個有效的途徑就是提高鋼的強度級別。近年來，工程機械用鋼從500~600MPa級快速上升至800MPa、1000MPa，甚至1500MPa。然而，隨著強度提高，鋼的延遲斷裂敏感性也隨之增大，氫致延遲斷裂敏感性高已經成為制約高強度級別鋼種推廣應用的一個重要因素。
 

氫致高強鋼延遲斷裂行為分析
 

    高強鋼的氫致延遲斷裂現象

    延遲斷裂是材料在靜止應力的作用下，經過一定時間后突然發生脆性破壞的一種現象，它是材料—環境—應力之間相互作用的結果，是氫致材質惡化的一種形態。延遲斷裂現象的產生是由于材料內部的氫向應力集中的部位擴散聚集，這些應力集中的部位往往缺陷較多（原子點陣錯位、空穴等），氫擴散到這些缺陷處，氫離子合成氫原子，氫原子進一步合成氫分子，將產生巨大的壓力。這個壓力與材料內部的殘余應力以及材料服役狀態下所承受的外加應力，形成一個合力，當這個合力超過材料的屈服強度時，就會導致斷裂的發生。

    由于延遲斷裂常常在材料所承受的外加應力水平顯著低于其屈服強度時突然發生，具有其不可預知性，因此，往往導致較為嚴重的破壞和后果。隨著超高強度級別鋼的發展及其應用領域的不斷拓展，延遲斷裂現象受到更大程度的關注。以汽車零部件為例，其產品形狀復雜，變形量大，車廠、零部件制造商及材料供應商對延遲斷裂性能更加重視，已經成為材料性能認證項目之一。

    延遲斷裂行為的影響因素

    金屬材料的延遲斷裂行為是在材料、環境和應力三者共同作用下發生的，與材料的特性以及受力狀態、服役環境密切相關。

    材料強度的影響。一般來講材料的強度越高，其延遲斷裂敏感性越大。一般認為1000MPa是一個危險的水平，即抗拉強度低于1000MPa時鋼材耐延遲開裂的性能相對較好，而當材料強度大于1000MPa時，其延遲斷裂敏感性較高。

    合金成分的影響。不同的合金元素會對材料的延遲斷裂行為產生不同的影響。研究發現，隨著鋼中（Mn+0.5Si+S+P）含量的升高，4340系列鋼材發生氫致延遲斷裂的臨界應力強度因子隨之下降，說明其斷裂敏感性逐漸升高。這是由于鋼中C、S、P、Si、Mn等元素的偏析會促進腐蝕環境下氫的吸收，從而增大材料的氫致延遲斷裂敏感性，使得材料在較低的應力水平下即發生斷裂。而Ti、V、Mo、Ni、Nb等元素可細化晶粒，提高材料的韌性，減少偏析，而且所形成的細小析出物有利于形成氫的捕獲陷阱，從而降低材料的延遲斷裂敏感性。此外，也有研究指出，Al元素的添加可以顯著改善含錳TWIP鋼的氫致開裂敏感性。