高强抗氢脆钢的设计与工程化实践

石荣建; 杜智煜; 庞晓露

doi:10.3969/j.issn.1000-6826.2023.09.0702

高强抗氢脆钢的设计与工程化实践

doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2023.09.0702

北京科技大学材料科学与工程学院，北京　100083

详细信息

作者简介:
石荣建（1993—），男，山东省济南市人，北京科技大学材料科学与工程学院副教授，主要研究方向：氢脆与腐蚀防护。通信地址：北京市海淀区学院路30号北京科技大学材料科学与工程学院；E-mail：rongjianshi@ustb.edu.cn

杜智煜（1999—），女，北京科技大学材料科学与工程学院研究生，主要研究方向：氢脆与腐蚀防护。通信地址：北京市海淀区学院路30号北京科技大学材料科学与工程学院；E-mail：m202210286@xs.ustb.edu.cn

庞晓露（1981—），男，安徽省阜阳市人，北京科技大学材料科学与工程学院教授，主要研究方向：氢脆与腐蚀防护、表面与界面。通信地址：北京市海淀区学院路30号北京科技大学材料科学与工程学院；E-mail：pangxl@mater.ustb.edu.cn

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出版历程
- 网络出版日期: 2023-09-21
- 刊出日期: 2023-09-25

Design and Engineering Practices of High-Strength Hydrogen Embrittlement-Resistant Steel

摘要

摘要: 在碳达峰和碳中和的时代背景下，新型钢铁材料的高强韧化及氢的安全利用迫切需要开发抗氢脆性能优异的高强钢。金属材料的强度、抗氢脆性能难以协同提升是一个交叉的科学与工程难题，开发高强度、高抗氢脆性能的高强韧钢，对氢能安全利用以及实现钢铁工业碳中和目标具有重要的理论指导和应用价值。

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图 1 氢脆敏感性指数（I_HE）和断裂模式随抗拉强度（σ_s）变化关系^[5−7]：(a) 沿晶断裂，I_HE=100%，σ_s≈2000 MPa；(b) 沿晶‒准解理断裂，I_HE=79%，σ_s≈1200 MPa；(c) 准解理断裂，I_HE=34%，σ_s≈900 MPa

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图 2 主要方案路线图

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图 3 高强度钢中氢脆性与深氢陷阱之间的相关性：(a)未经回火处理的钢材，不含NbC纳米析出物；(b)经回火处理的钢材，具有均匀分布的致密NbC纳米析出物；(c)经回火处理的钢材，含有一些变粗的NbC纳米析出物；(d) NbC/α-Fe半共格界面中深氢陷阱的示意图^[20]

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图 4 对含有NbC的充氘(D)铁素体样品的3DAP分析：(a)完整的重建原子图，显示了质荷比与D、C和Nb相匹配的原子；(b)描述图(c–f)数据的示意图，(c–d)通过顶部（NbC#1）和底部（NbC#2）沉淀物中心的沿Y轴5 nm厚切片，显示碳、铌和氘原子；(e–f)通过NbC#1和NbC#2中心的一维Z轴成分分布，从一个直径为7 nm的区域提取，每个条带宽度为0.5 nm，且无重叠^[21]

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图 5 1T(a)和2T(b)充氢和未充氢样品的工程应力–应变曲线，1T(c)和2T(d)充氢和未充氢样品加工硬化率‒真应变曲线^[15]

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图 6 充氘的Al‒Zn‒Mg‒Cu样品在峰值时效条件下的第二相3DAP分析图^[23]：(a、c)为Al₃Zr弥散相；(b、d)为S相（原子图和成分抛面分别沿箭头呈现）

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表 1 高强度弹簧钢成分（质量分数） %

编号 C Si Mn Cr V Ti

1T 0.42 0.30 0.77 0.63 0.09 0.02
2T 0.38 0.30 0.77 1.04 0.14 0.02

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