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(jí)的提高，氫對(duì)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(duì)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(duì)斷口形貌進(jìn)行了分析觀察，同時(shí)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(duì)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(duì)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(cuò)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(duì)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(shí)SEM斷口形貌觀察表明，兩種鋼隨充氫時(shí)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(duì)較低的殘余奧氏體相，強(qiáng)度級(jí)別也更低；其次更高的淬火溫度使組織缺陷更少，對(duì)抗氫脆性能的提高也有一定的促進(jìn)作用。
　　3、對(duì)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?，斷口SEM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(cuò)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(gè)結(jié)果的可靠性及可能的原因。
　　4、對(duì)充氫前后試樣層錯(cuò)幾率的XRD測(cè)定發(fā)現(xiàn)，充氫對(duì)未冷軋和冷軋Q-P-T試樣層錯(cuò)幾

7、率的影響非常有限，可將其對(duì)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?cè)嚇拥募庸び不芰?，未顯著脆化顯微組織。
　　5、對(duì)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