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高强度马氏体钢的氢致开裂特征研究

郭昀静  
【摘要】:高强度马氏体钢通常具有较高的氢脆敏感性,氢致开裂是高强度马氏体钢的主要失效形式之一。一般认为,随马氏体钢强度的提高,其氢脆敏感性也增加。作为高强度马氏体钢的AF1410钢和40CrNi3MoV钢,在服役过程中也会发生氢致开裂,但两者对氢脆的敏感性尚未有确切比较。本文以强度1700MPa级的AF1410钢和强度1500MPa级的40CrNi3MoV钢为研究对象,对比研究高强度马氏体钢的氢致开裂特征。通过慢应变速率拉伸(SSRT)实验方法,研究了电化学充氢后拉伸试样的塑性随氢含量的变化,并采用扫描电镜(SEM)对拉伸断口进行观察;同时,通过升温脱氢分析(TDS)实验研究了实验钢中氢的逸出及扩散行为。结果表明: (1) AF1410和40CrNi3MoV两种实验钢经淬火回火处理后,组织均为板条马氏体,并且分别含有M2C和Fe3C等碳化物。由于AF1410钢中Ni、Co、Mo等合金元素含量高等原因,其强度和韧性均高于40CrNi3MoV钢,1700MPa级AF1410钢的冲击吸收能量和断裂韧性约为1500MPa级40CrNi3MoV钢的2倍。 (2)电化学充氢后慢拉伸实验结果表明:随试样中氢含量的增加,实验钢的断面收缩率先线性下降;当氢含量达到某一临界值后,断面收缩率降低到0,此时试样为脆性断裂;继续增加氢含量,则试样提前断裂,实验钢的抗拉强度逐渐降低。AF1410钢和40CrNi3MoV钢的零断面收缩率时的临界氢含量分别为6.0ppm和0.8ppm,AF1410钢的氢脆敏感性比40CrNi3MoV钢低。 (3)升温脱氢分析实验表明,AF1410钢TDS曲线300℃以下存在两个氢逸出峰,对应的激活能分别为20.2kJ/mol和24.6kJ/mol,与钢中存在的大量位错和晶界等氢陷阱有关;40CrNi3MoV钢TDS曲线300℃以下存在一个氢逸出峰,激活能为13.9kJ/mol,与钢中存在的大量的位错等氢陷阱有关。 (4)利用圆棒试样电化学充氢后室温放置试验得出氢在实验钢AF1410和40CrNi3MoV中的扩散系数分别为3.11×10-8cm2s-1和9.30×10-8cm2s-1,氢在40CrNi3MoV钢中更容易扩散。AF1410钢中氢陷阱较多,但由于其氢扩散系数低,氢脆敏感性低。马氏体钢的氢脆敏感性不一定随强度增加而增加,还与钢中的氢陷阱和氢扩散系数等有关。


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