一种车用低合金铸钢氢扩散系数的测定方法

采用双电解池电化学氢渗透法测试氢在一种低合金铸钢中的扩散系数,并利用基于半无限扩散模型的氢渗透修正公式,分析试样厚度、充氢电流密度和测试温度等因素对氢扩散系数测定值的影响规律。结果表明:试样厚度对氢扩散系数测量值没有明显影响,不过从材料均匀性方面考虑,选取较厚的试样应获得更准确的测试值;充氢电流密度越大,表观氢扩散系数与理论值越接近;氢扩散系数随测试温度升高而增大,其关系式为D=0.052 8exp(-22.47/RT)。     

氢在20g纯净钢中的扩散研究

用双电解池氢渗透方法研究了20g纯净钢中缺陷对氢扩散的影响.实验结果表明:新鲜试样氢渗透曲线中氢的穿透时间最长,而氢渗透实验后未经处理的试样再次氢渗透实验时的氢穿透时间最短,这是由于钢中氢陷阱滞后了氢原子从试样的阴极面扩散至阳极面的时间所致.时间滞后法的计算结果表明,20g纯净钢中的氢陷阱严重降低了氢的表观扩散系数.     

氢陷阱对纯净钢SM490B中氢扩散行为的作用

利用电化学氢渗透法研究了氢陷阱对纯净钢SM490B中氢扩散的影响,研究结果表明,在SM490B钢中不可逆氢陷阱对氢的表观扩散系数没有影响,但会延长氢原子的穿透时间,而可逆氢陷阱则降低了氢的表观扩散系数.当氢渗透电流密度小于8 mA/cm2时,随充氢电流密度增加,氢原子的表观扩散系数随之增大;当氢渗透电流密度大于8 mA/cm2后,随着氢渗透电流密度的增大,氢在SM490B钢中的表观扩散系数保持恒定.在温度30℃时,氢原子在无氢陷阱的纯净钢SM490B理想晶格中的扩散系数为3.97×10-5cm2/s.     

微观组织对GCr15轴承钢氢扩散行为的影响

通过对球化退火态、球化退火+淬回火(Q&T)态GCr15轴承钢进行电化学氢渗透试验来描述氢扩散行为,并分析了微观组织以及热处理状态对氢扩散行为的影响。结果表明,对于球化退火态试样,碳化物的分布情况对氢扩散行为影响很大。氢在带状碳化物中扩散最快,而沿晶界分布的网状碳化物作为氢陷阱,可以捕捉更多的氢原子。Q&T试样中,氢在带状未溶碳化物中扩散最快,且随着残留奥氏体体积分数的增大,有效氢扩散系数减小。球化退火试验钢的氢扩散系数远高于Q&T钢。Q&T试样中残留奥氏体的存在使氢陷阱增加,导致氢的渗透更难进行。     

贝氏体/马氏体复相高强钢中的氢陷阱

运用电化学渗透技术研究了传统高强钢(42CrMo)和贝氏体/马氏体复相高强钢(U20Si)中氢的扩散和氢陷阱。结果表明，氢在U20Si钢中的扩散系数远小于在淬火回火的42CrMo高强钢中的。另外，两种材料中氢陷阱的情况不同，U20Si钢中的氢陷阱主要为高度均匀弥散分布的贝氏体/马氏体板条界和薄膜状残留奥氏体，而42CrMo钢中的氢陷阱主要为铁素体/渗碳体界面。U20Si钢中的氢陷阱数量超过42CrMo钢的。力学性能测试表明，U20Si钢的氢脆敏感性低于传统的42CrMo钢的。断口分析显示前者的断口为准解理，后者的断口为沿晶断裂。U20Si钢氢脆敏感性低与其氢陷阱数量多且分布均匀密切相关。     

电化学充氢条件下X70管线钢及其焊缝的氢致开裂行为

采用电化学充氢的方法研究了X70管线钢在不同浓度硫酸溶液中的氢致开裂(HIC)行为．结果表明,增大充氢电流密度、延长充氢时间以及降低充氢溶液的pH值能够促进氢进入X70钢基体．微观观察表明,X70钢中的非金属夹杂物如氮化物和氧化物等对其氢致开裂行为有不同的影响,氮化物夹杂并不是充氢裂纹的必然形核位置,而Mg,Al,Ca等的氧化物是更为有害的氢致裂纹源．通过氢渗透实验测得室温下氢在X70钢中的有效扩散系数为3．34×10-9cm2／s．对XT0管线钢基体及焊缝试样电化学预充氢后拉伸,焊缝试样的拉伸塑性较差,各项塑性指标在充氢前、后均低于X70钢基体材料．     

高强度低合金钢中V和Nb对氢陷阱的影响

随着海洋资源的开发，传统高强度低合金钢已不能完全满足复杂的深海环境，通过添加合金元素来改善其抗氢脆性能。采用双电解池研究含与不含0.15%V+0.05%Nb合金元素的高强度低合金钢中氢扩散行为，并采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)等方法测量原奥氏体晶粒大小和位错密度。根据原奥氏体晶粒尺寸和位错密度计算得到钢中可逆氢陷阱密度，并将其与氢分析仪测得钢中氢含量建立联系。结果表明，V与Nb能够通过在钢中形成碳化物使得原奥氏体晶粒细化和位错密度增加，引起钢中可逆氢陷阱密度增加，从而降低氢扩散系数以及提高钢中氢含量和氢扩散激活能。     

超高强马氏体钢抗氢致延迟开裂性能的研究

超高强马氏体钢易氢致开裂。通过渗氢试验、热脱附试验及动态低应变速率拉伸试验等,研究了具有不同组织的冷轧马氏体钢1号、2号试样的抗氢致延迟开裂性能。1号试样组织为马氏体+铁素体+渗碳体,平均晶粒尺寸为7.0μm; 2号试样组织为回火马氏体+渗碳体,平均晶粒尺寸为6.1μm。结果表明：1号试样的表观扩散系数D_ap为7.081×10^-7 cm²/s, 2号试样的为4.670×10^-7cm²/s; 1号试样的可扩散氢含量为0.192 3μg/g,明显小于2号试样的0.260 5μg/g; 2号试样对氢的敏感性大于1号试样;随着充氢电流密度的提高,拉伸试验时1号试样从韧性断裂变为准解理断裂,2号试样则从韧脆性断裂变为穿晶脆性断裂;与1号试样相比,2号试样的氢表观扩散系数和可扩散氢含量均更大;对于超高强钢,除了有效氢陷阱外,减小局部应力也能显著改善抗氢致延迟开裂性能。     

一种计算氢扩散系数的新方法

利用电化学氢渗透曲线来计算室温附近氢在金属中的扩散系数是一种广为应用的方法。从理论上讲,在氢渗透曲线上的任何一点上都可以计算出氢在金属晶格中的扩散系数。但是从实际获得的氢渗透曲线各点算得的氢扩散系数并不一致。这是因为在金属中,一般都不可避免地存在一些氢的陷阱,如位错、晶界、杂质原子等,它们会不同程度地阻碍氢在金属晶格中的扩散过程。而理论推导本身并没有考虑到氢陷阱存在的影响,因此实际得     

EH36钢的氢陷阱及氢脆敏感性

采用氢渗透测试、慢拉伸试验等研究手段,探究EH36钢表面、1/4和1/2厚度处的氢陷阱、氢扩散系数及氢脆敏感性。结果表明,表面及1/4厚度处的显微组织主要为贝氏体,表面处的显微组织较为细小,1/2厚度处主要为铁素体和珠光体。可逆和不可逆氢陷阱密度由表面到1/2厚度处依次降低,氢扩散系数随之依次增大。随充氢电流密度或时间的增加,各厚度处拉伸试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率均有不同程度的降低,氢脆敏感性随之增大;拉伸断口形貌由呈韧性断裂特征的韧窝状逐渐向呈脆性断裂特征的河流状花样转变。表面处的氢脆敏感性最小,1/2厚度处的氢脆敏感性最大;在1/2厚度处的拉伸断口观察到了一些氢致裂纹。     

预充氢马氏体时效钢的氢脆性能研究

目的研究预先存在于试样中的氢对材料力学性能的影响。方法对固溶态和三种时效态18Ni马氏体时效钢,采用双电解槽装置测量了其氢扩散系数,用热分析法获得了材料的氢扩散激活能。采用慢应变速率拉伸法评估了在预充氢后镀镉密封试样的力学性能,并由此评估它们的氢脆敏感性。结果固溶态试样的氢扩散系数最大,为1.40×10~(-8)_ cm~2/s;对时效态试样,当时效温度分别为465、490、530℃时,氢扩散系数分别为6.23×10~(-9)、5.52×10~(-9)、2.84×10~(-9) cm~2/s,即随时效温度升高,扩散系数降低。而扩散激活能正好相反,固溶态的最小,其他的依次逐渐升高。四种试样均显示出氢脆敏感性,且随着预充氢电流密度升高而增大。T465和T490的氢脆敏感性均大于58%,T530的氢脆敏感性小于40%。四种试样的断口形貌均表现为由中心起裂,向周围呈放射状扩展。中心起裂源处为典型的沿晶开裂,扩展区为准解理开裂。结论过时效态样品的抗氢脆性能最好。预先存在于试样中的氢在拉伸过程中向中心富集,造成中心沿晶开裂,与动态充氢拉伸断口相反。     

回火温度对含Nb低合金高强度钢氢行为的影响

采用X射线衍射、电化学氢渗透和动态充氢拉伸试验研究了含Nb低合金高强度钢560、600和640℃回火的氢行为,建立了氢扩散系数、氢浓度、氢扩散激活能与氢陷阱密度之间的定量关系。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢的位错密度降低,氢陷阱密度降低,氢扩散系数增大,氢扩散激活能和氢浓度降低,氢脆敏感性下降。     

晶粒尺寸对304L奥氏体不锈钢氢脆的影响

考虑到在预充氢与动态充氢两种加氢条件下的氢扩散、陷阱与位错运动的相互影响存在差异，本文通过重度冷轧和退火处理制备了不同晶粒尺寸的304L不锈钢试样，采用单轴拉伸实验对比研究了预充氢和动态充氢两种条件下晶粒尺寸对钢HE敏感性的影响，并结合断口分析从氢陷阱、氢浓度的角度分析了晶界的作用。结果表明，动态充氢下，表面裂纹扩展和位错运动能够提高氢的有效扩散系数并加速氢进入试样内，但随着晶粒尺寸降低，由于晶界陷阱作用增加，氢的有效扩散系数降低，同时由于进入试样的氢被大量晶界陷阱瓜分使氢分布均匀化，使每个晶界处的局部氢浓度降低，因此动态充氢条件下晶粒细化抑制钢的HE。相反，预充氢条件下晶粒细化增加HE，因为较长的预充氢时间(96 h)使大量氢进入细晶试样并存储于晶界陷阱内，提高了晶界氢浓度，在后续拉伸过程中，晶界作为氢源向新生位错供氢，因此导致了细晶试样的HE敏感性反而更高。     

用离子探针研究奥氏体钢中氢的分布与扩散行为

本文采用高压气相充氢——离子探针分析法定量测定了氢沿21Cr-7Ni-9Mn-N奥氏体钢截面分布曲线,据此求出了氢溶解度、扩散系数,并间接计算出氢渗透率等参数。同时还对高压充氢后在空气中长期时效试样及电子束焊缝试样中的氢分布状况进行了研究。     

氢在2.25Cr—1Mo耐热钢中的扩散规律

采用电化学渗氢的方法研究了加氢反应器简体2．25Cr－1Mo钢中氢的扩散现律试样的厚度低于1．6mm时，随着厚度的增加，扩散系数D值增大；当厚度大于1．6mm后，D值稳定不变实验测得温度与扩散系数的关系为此式可用于在运行状态下的加氢反应器器壁中氢渗透原子氢浓度分布的计算     

回火温度对含V、Nb高强度低合金钢氢脆敏感性的影响

采用氢渗透试验和动态充氢拉伸试验研究了920℃冰水淬火后回火温度(560、600和640℃)对某含0.15%V和0.05%Nb(质量分数)高强度低合金钢的氢扩散系数和氢脆敏感性的影响,并利用金相显微镜、X射线衍射仪、透射电镜(TEM)观察分析回火试样的微观组织。结果表明,随回火温度升高,氢扩散系数增加,氢扩散激活能降低,同时钢的氢脆敏感性也降低,这是因为随回火温度升高,钢中作为氢陷阱的位错密度减少,从而使得氢陷阱密度减小,在相同的充氢条件下可扩散氢含量减小。     

氢在X90管线钢中的扩散特性

利用电化学渗透技术对X90高强度管线钢在0.5mol/L H_2SO_4中的氢渗透特性进行了研究。获得了不同充氢电流密度、溶液温度和试样厚度条件下X90管线钢的氢扩散规律。结果表明:随着电流密度和试样厚度增大,氢在X90管线钢中的有效扩散系数均逐渐增大,而氢含量则逐渐减小;随充氢溶液温度的升高,有效扩散系数也逐渐增大;并分别获得了有效扩散系数和氢含量与试样厚度的拟合关系式。     

氢渗透对一种低合金临氢钢冲击韧度的影响

采用恒电流阴极电解充氢法对一种临氢钢的冲击试样进行充氢,随后立刻对其进行冲击测试,从而获得该材料冲击韧度随充氢时间延长的变化规律。通过与普通低合金铸钢材料的测试结果进行对比分析可知,充氢前后该临氢钢的冲击试样没有完全断裂,断口组织致密,未发现孔洞,属典型韧性断裂。随充氢时间延长,该临氢钢的冲击韧度呈先快速下降约12%后趋于稳定的变化趋势,表现出较强的耐氢损伤性能,适用于临氢环境中服役。     

石油用S135钻杆钢氢渗透与氢致滞后开裂行为

通过电化学渗氢技术与恒载荷拉伸试验方法,研究了不同充氢电流密度下S135钻杆用钢的氢扩散系数、试样中的可扩散氢浓度及其氢致开裂门槛应力。结果表明,S135钻杆用钢在0.5 mol/L H2SO4+0.25 g/L As2O3溶液中电化学充氢后的可扩散氢浓度C0与充氢电流密度的平方根i成正比,恒载荷条件下,氢致开裂门槛应力σHIC随可扩散氢浓度的对数lnC0的升高而下降。     

阴极保护下X65钢在模拟海水中的氢脆敏感性研究

采用阴极极化条件下的氢渗透实验和慢应变速率拉伸实验研究了X65钢在模拟海水中的氢渗透行为及其对断裂机理的影响。氢渗透实验结果表明,阴极极化过程中试样表面的钙镁沉积层能显著地降低氢扩散系数,采用Fourier方程、Laplace方程以及时间滞后法计算得出的有效氢扩散系数平均值为1.49×10-7cm2·s-1。结合变电位极化氢渗透测试结果、拉伸试样断口分析以及极化曲线测试,对阴极极化条件下X65钢的氢脆敏感性进行评估。结果显示,随着极化电位的降低,X65钢中的吸附氢浓度呈指数规律上升。当极化电位较高时,X65钢的裂纹扩展受阳极溶解和阴极析氢的双重作用控制。当极化电位较低,如-1200 mV时,钢中的吸附氢浓度急剧增加,脆性断裂区域的比例上升,X65钢发生氢致脆化失效。