Q-P-T鋼的氫脆機(jī)制及其改善措施.pdf

1、根據(jù)徐祖耀院士提出的新型淬火-配分-回火(Q-P-T)熱處理工藝,中碳含鈮鋼Fe-0.38C-1.44Mn-1.52Si-0.61Cr-0.048Nb(簡稱Fe-0.4C)經(jīng)Q-P-T處理后其強(qiáng)塑積高達(dá)37411MPa％(抗拉強(qiáng)度達(dá)1628MPa,延伸率達(dá)22.98%)，顯示出非常優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。然而，隨鋼鐵材料強(qiáng)度等級的提高，氫對材料機(jī)械性能的惡化作用也得以凸顯出來，甚至往往引發(fā)結(jié)構(gòu)件的無預(yù)警斷裂而造成災(zāi)難性的后果，特別是當(dāng)材料拉

2、伸強(qiáng)度超過1000MPa后，氫脆幾乎就是不可避免的破壞性因素。為此需要研究Q-P-T鋼的氫脆現(xiàn)象及改善措施，以利于Q-P-T鋼的工業(yè)應(yīng)用。本文以Fe-0.4C合金為研究對象，研究Q-P-T處理和傳統(tǒng)淬火-回火(Q-T)處理后鋼的抗氫脆特征及改善Q-P-T鋼氫脆敏感性的措施。通過慢應(yīng)變速率拉伸(SSRT)實(shí)驗(yàn)方法，獲得經(jīng)電化學(xué)充氫后試樣力學(xué)性能的變化，并通過掃描電子顯微鏡(SEM)對斷口形貌進(jìn)行了分析觀察，同時結(jié)合光學(xué)金相顯微鏡(OM)、

3、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)及X射線衍射儀(XRD)對熱處理試樣的顯微組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，主要研究內(nèi)容及結(jié)果包括：
　　1、對同成分的Fe-0.4C鋼分別進(jìn)行Q-T和Q-P-T工藝處理，顯微組織均為高位錯密度的板條馬氏體基體、殘余奧氏體以及馬氏體基體中彌散分布的碳化物，但Q-T和Q-P-T鋼中殘余奧氏體含量明顯不同。拉伸實(shí)驗(yàn)顯示 Q-T鋼和Q-P-T鋼的抗拉強(qiáng)度分別為1963MPa和1628MPa，由于Q-P

4、-T鋼中較多的殘余奧氏體(23.69%)使得其延伸率高達(dá)22.98%，強(qiáng)塑積達(dá)到驚人的37411MPa·%，顯示出異常優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。
　　2、對Q-T和Q-P-T試樣分別進(jìn)行電解充氫后，SSRT結(jié)果顯示，充氫1min，Q-T鋼和Q-P-T鋼的氫致塑性損失Iδ分別為62.5%和20%；充氫2min，Iδ分別為82.5%和34.3%；而Q-P-T充氫10min后Iδ則達(dá)到84.8%；同時SEM斷口形貌觀察表明，兩種鋼隨充氫時間的

5、延長，其斷口形貌從韌性斷裂趨向脆性斷裂過渡；相比于Q-T鋼，Q-P-T鋼顯示出較好的抗氫脆能力，這主要是因?yàn)镼-P-T鋼中含有更少的脆性馬氏體相以及更多的氫脆敏感性相對較低的殘余奧氏體相，強(qiáng)度級別也更低；其次更高的淬火溫度使組織缺陷更少，對抗氫脆性能的提高也有一定的促進(jìn)作用。
　　3、對Fe-0.4C鋼進(jìn)行50%冷軋后再進(jìn)行Q-T和Q-P-T熱處理，SSRT實(shí)驗(yàn)表明，充氫2min，即使得軋制后的Q-T鋼和Q-P-T鋼的Iδ分別達(dá)到

6、89.3%和89.7%，遠(yuǎn)高于同樣充氫狀態(tài)下的未冷軋?jiān)嚇樱瑪嗫赟EM形貌由未充氫的延性韌窩斷裂逐漸向脆性的解理或沿晶斷裂過渡。經(jīng)分析認(rèn)為晶粒細(xì)化導(dǎo)致Q-P-T鋼高氫脆敏感性的主要原因可能在于：通過提高平均位錯密度帶來的氫致塑性損失程度要高于均勻組織內(nèi)部氫陷阱而降低的氫致塑性損失程度。當(dāng)然，還需要更多的實(shí)驗(yàn)工作以驗(yàn)證這個結(jié)果的可靠性及可能的原因。
　　4、對充氫前后試樣層錯幾率的XRD測定發(fā)現(xiàn)，充氫對未冷軋和冷軋Q-P-T試樣層錯幾

7、率的影響非常有限，可將其對氫脆敏感性的影響排除在外。即充氫并沒有導(dǎo)致大量hcp(?)馬氏體的形成(改變試樣的加工硬化能力)，未顯著脆化顯微組織。
　　5、對Fe-0.2C(Fe-0.19C-1.46Mn-1.50Si-0.15V)鋼進(jìn)行雙相Q-P-T處理使顯微組織中引入一定量的先共析鐵素體。SSRT結(jié)果表明，同樣充氫100min的情況下，含鐵素體相的Q-P-T鋼的Iδ僅為47.1%，大大降低了Q-P-T鋼的氫脆敏感性。其原因在于鐵