高强度传动轴用钢的氢脆敏感性

【摘要】：氢致延迟断裂一直是困扰高强度马氏体钢应用的一个问题。经淬火回火后使用的高强度马氏体钢通常有较高的氢脆敏感性,并且随强度水平的提高,钢的氢脆敏感性通常也增加。氢脆敏感性的发生与氢在钢中的扩散密切相关。本论文分别以淬火高温回火马氏体钢,和新开发的淬火低温回火马氏体钢25CrNi2MoVNb对比常用的18Cr2Ni4W钢为研究对象,通过电化学充氢、充氢试样升温脱氢分析TDS(Thermal Desorption Spectrometry)方法研究了氢在钢中的扩散行为,同时结合慢应变速率拉伸SSRT(Slow Stain Rate Tensile)试验研究了试验钢的氢脆敏感性。得出以下主要结论： (1)经电化学充氢后,淬火高温回火马氏体钢中进入一定量的可扩散的氢,对应TDS分析曲线上170℃左右的氢析出峰；氢在低Cr无A1的D1钢和高Cr低Al的D2钢中的扩散系数分别为1.52×10-7cm2/s和5.3×10-8cm2/s,这是由于D2钢中析出细小弥散的碳化物,能更好的阻碍氢在钢中的扩散,降低钢的扩散系数。在充氢条件相同的情况下,D2钢中析出细小弥散的碳化物,作为氢陷阱使得氢的分布相对变得均匀,D2钢较D1钢具有更低的氢脆敏感性。 (2)25CrNi2MoVNb钢和18Cr2Ni4W钢经淬火低温回火后获得细小马氏体组织,抗拉强度分别高于1500 MPa和1300MPa,且二者均有较高的冲击韧性。经电化学充氢后,试验钢25CrNi2MoVNb和18Cr2Ni4W中进入一定量的可扩散氢,对应TDS分析曲线上180℃左右的氢析出峰。氢在18Cr2Ni4W钢和25CrNi2MoVNb钢中的扩散系数分别为3.99×10-7cm2/s和7.87×10-7cm2/s。在相同可扩散氢含量条件下,25CrNi2MoVNb钢的缺口拉伸强度低于18Cr2Ni4W钢。为改善回火马氏体钢的氢脆敏感性,在细化晶粒和提高洁净度的基础上,还需要考虑控制氢在钢中的扩散。 (3)25CrNi2MoVNb钢中可扩散氢含量随着奥氏体化温度升高开始降低,在1050℃附近达到最低,之后随着奥氏体化温度升高又开始升高。经电化学充氢后,试验钢25CrNi2MoVNb中进入一定量的可扩散氢,对应TDS分析曲线上170℃左右的氢析出峰。氢在奥氏体化温度分别为880℃,1000℃,1100℃和1200℃的试验钢中的扩散系数分别为6.25×10-7cm2/s、6.12×10-7cm2/s、3.69×10-7cm2/s和4.88×10-7cm2/s。