【引言】

    氫氣是未來可再生能源極具吸引力的候選之一，許多國(guó)家計(jì)劃建立氫能站，分配能源。但是氫能站許多工件會(huì)暴露于氫氣中并遭受氫脆化（HE），其表現(xiàn)為材料的延展性和韌性嚴(yán)重降低。因此，抗氫脆性是工件最重要的特性之一，而具有如此應(yīng)用潛力的一種合金是不銹鋼（STSs）。

    導(dǎo)致HE的主要因素是氫的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度，低擴(kuò)散性抑制氫氣進(jìn)入材料，大溶解度降低了材料內(nèi)氫的偏析傾向。因此，與鐵素體STSs相比，具有較低擴(kuò)散系數(shù)和較大的氫溶解度的奧氏體STSs，更不易受到HE的影響。但是控制這些因素并不能完美解決HE。一些奧氏體鋼在變形誘發(fā)的馬氏體轉(zhuǎn)變中易受氫氣侵蝕，此外HE也會(huì)發(fā)生在穩(wěn)定的奧氏體STSs中。因此，一些研究調(diào)查了合金元素對(duì)HE趨勢(shì)的直接影響，還有一些研究將穩(wěn)定的奧氏體鋼的HE趨勢(shì)與HE機(jī)制聯(lián)系起來等等。總之，難以只用奧氏體STSs中的一種理論來解釋HE。

    【成果簡(jiǎn)介】

    近日，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的Sung-Joon Kim（通訊作者）等人在Corrosion Science上發(fā)表了一篇名為“The effect of carbon on hydrogen embrittlement in stable Cr-Ni-Mn-N austenitic stainless steels”的文章，研究人員通過在穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼中添加0.02或0.1wt.%的C來研究碳濃度對(duì)氫脆的影響。在變形期間，兩種不同C濃度鋼都出現(xiàn)明顯的平面滑移和細(xì)小的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，其后出現(xiàn)機(jī)械孿晶。在氫氣預(yù)充之后，具有較高C濃度的合金更容易發(fā)生氫脆?；趹?yīng)變硬化行為，研究人員提出C增強(qiáng)了平面滑移，改善了機(jī)械孿晶。因此，較高的C濃度導(dǎo)致更多的位點(diǎn)，用于應(yīng)力集中和氫捕獲，并加速脆化。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖1 不同C含量的未充氫氣和預(yù)充氫氣試樣的拉伸性能

    （a）工程應(yīng)力應(yīng)變曲線；

    （b）應(yīng)變硬化速率曲線。

    圖2 0.02C和0.1C固溶熱處理后未變形試樣和SSRT后的未充氫氣和預(yù)充氫氣試樣的的XRD光譜

    結(jié)果表明，無論預(yù)充氫和碳含量如何，經(jīng)過熱處理和變形后，完全為奧氏體組織。

    圖3 變形期間的微觀結(jié)構(gòu)演化（EBSD帶對(duì)比圖）

    （a）不充氣0.02C，未變形；

    （b）不充氣0.02C，ε= 0.3；

    （c）不充氣0.02C，斷口；

    （d）不充氣0.1C，未變形；

    （e）不充氣0.1C，ε= 0.3；

    （f）不充氣0.1C，斷口。

    圖4 細(xì)位錯(cuò)結(jié)構(gòu)和機(jī)械孿生演化與應(yīng)變（明場(chǎng)TEM圖像）

    （a）不充氣0.02C，ε= 0.3；

    （b）不充氣0.02C，斷口；

    （c）不充氣0.1C，ε= 0.3時(shí)；

    （d）不充氣0.1C，斷口。

    帶軸始終平行于<100>fcc。HDDW：高密度位錯(cuò)墻。

    圖5 0.02C試樣拉伸斷口的形貌分析（SEM）

    （a）不充氣拉伸試樣中心處的宏觀圖像；

    （b）不充氣拉伸試樣中心處的微觀圖像；

    （c）不充氣拉伸試樣邊緣的微觀圖像；

    （d）預(yù)充氣拉伸試樣中心處的宏觀圖像；

    （e）預(yù)充氣拉伸試樣中心處的微觀圖像；

    （f）預(yù)充氣拉伸試樣邊緣的微觀圖像。

    圖6 0.1C試樣拉伸斷口的形貌分析（SEM）

    （a）不充氣拉伸試樣中心處的宏觀圖像；

    （b）不充氣拉伸試樣中心處的微觀圖像；

    （c）不充氣拉伸試樣邊緣的微觀圖像；

    （d）預(yù)充氣拉伸試樣中心處的宏觀圖像；

    （e）預(yù)充氣拉伸試樣中心處的微觀圖像；

    （f）預(yù)充氣拉伸試樣邊緣的微觀圖像。

    圖7 0.02C試樣拉伸斷裂后側(cè)視圖的形貌分析（SEM）

    （a）不充氣拉伸試樣的宏觀圖像；

    （b）不充氣拉伸試樣的微觀圖像；

    （c）預(yù)充氣拉伸試樣的宏觀圖像；

    （d）預(yù)充氣拉伸試樣的微觀圖像。

    圖8 0.1C試樣拉伸斷裂后側(cè)視圖的形貌分析（SEM）

    （a）不充氣拉伸試樣的宏觀圖像；

    （b）不充氣拉伸試樣的微觀圖像；

    （c）預(yù)充氣拉伸試樣的宏觀圖像；

    （d）預(yù)充氣拉伸試樣的微觀圖像。

    圖9 試樣拉伸斷裂后側(cè)視圖的形貌分析（SEM）

    （a）預(yù)充氣0.02C，滑移面；

    （b）預(yù)充氣0.02C，晶粒內(nèi)的微孔和微裂紋；

    （c）預(yù)充氣0.02C，沿滑移面的裂紋；

    （d）預(yù)充氣0.1C，晶粒內(nèi)的微孔和微裂紋；

    （e，f）預(yù)充氣0.1C，沿滑移面的裂紋。

    【小結(jié)】

    在穩(wěn)定的20Cr-11Ni-5Mn-2Mo-0.5Si-0.3N奧氏體STSs中研究了碳對(duì)氫脆的影響。

    （1）碳增加了平面滑移趨勢(shì)，導(dǎo)致形成諸如HDDWs的細(xì)小位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致線性應(yīng)變硬化機(jī)制。

    （2）當(dāng)流動(dòng)應(yīng)力克服機(jī)械孿生的臨界應(yīng)力時(shí)，孿生開始發(fā)生。孿晶的臨界應(yīng)變以及形態(tài)取決于合金中的碳濃度。

    （3）合金抗氫脆性的高電阻歸因于穩(wěn)定的奧氏體以及淺氫擴(kuò)散深度。

    （4）0.1C具有更多的HDDWs，孿晶和晶界的交叉點(diǎn)，作為應(yīng)力集中和/或捕集氫的位置，并且與0.02C相比，預(yù)充氣時(shí)會(huì)形成更活躍的微孔和微裂紋。

    （5）阻氫性能不僅與奧氏體穩(wěn)定性有關(guān)，也與平面滑移趨勢(shì)有關(guān)。因此，需要進(jìn)一步研究奧氏體的變形機(jī)理，以設(shè)計(jì)用于氫環(huán)境的奧氏體不銹鋼。

    文獻(xiàn)鏈接：The effect of carbon on hydrogen embrittlement in stable Cr-Ni-Mn-N austenitic stainless steels（Corros. Sci.,2017,DIO.org/10.1016/j.corsci.2017.05.004）

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：王元

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414