高强钢零件镀锌镍合金的氢脆敏感性研究进展

为了防止钢铁材料表面在大气环境中发生氧化锈蚀,通常在钢铁零件表面镀锌或镀锌镍合金等防护层。但电镀过程可能会引起高强度材料的氢致开裂或氢脆延迟破坏,因此,探讨高强度材料电镀过程的氢脆敏感性至关重要。本文分析了电镀过程引起高强钢零件氢脆故障的案例和学者们的实验研究结果,探讨了电镀过程中氢的渗入过程,归纳了氢原子在零件内部的存在状态,对比了不同电镀溶液沉积过程中的氢脆敏感性,分析了镀层微观形貌对于氢原子逃逸和氢脆敏感性的影响,总结了热处理烘烤除氢工艺、材料氢脆敏感性评价方法等的研究现状。相关内容可为降低高强钢材料电镀氢脆敏感性的风险打下技术基础,更好的指导电镀高强度钢零件的应用。

激光制造抗氢脆技术的研究进展及发展趋势

氢的密度和体积相对较小,易透过金属表面进入原子晶格。聚集在材料缺陷处的氢原子可再次结合成氢分子,而氢分子的聚集可产生巨大氢压,进而形成氢致裂纹,出现氢脆现象,阻碍各类金属材料在氢能储运中的广泛应用,危害服役件安全。抗氢脆是材料工程领域的重大课题之一,激光制造技术在抗氢脆方面已展现出一定应用潜力。对多种激光制造技术如激光喷丸强化、激光表面硬化、激光熔覆、激光表面熔化、选择性激光熔化、激光焊接、激光表面退火等在抗氢脆制造中的应用情况进行了综述,重点分析这些技术在富氢环境中如何影响材料的微观结构和机械性能,讨论其在应用中的挑战和瓶颈,并展望其在提高金属材料抗氢脆能力方面的发展趋势。

原位充氢-拉伸载荷作用下304不锈钢氢脆行为及显微组织表征

搭建了原位电化学充氢—慢应变速率拉伸载荷平台,模拟真实临氢环境—载荷环境,研究了原位充氢对304奥氏体不锈钢氢脆敏感性的影响。结果表明:相比传统预充氢拉伸实验,304奥氏体不锈钢经原位电化学充氢拉伸后呈现较低的强度和更高的氢脆敏感性,未发生明显马氏体相变;试样在变形早期即发生严重氢致断裂,对实际临氢环境服役条件下不锈钢氢脆行为研究和应用具有参考价值。

输氢管线钢氢脆敏感性影响因素综述

随着新能源产业的发展,采用大直径、高强度钢管输送氢气是未来氢能发展的必然趋势。分析了输氢管线钢在氢相容性试验中不同试验参数、输氢介质压力及组分、管线钢组织及强度、夹杂物和残余应力等对管线钢在高压氢气环境下的氢脆敏感性,讨论了降低输氢管线钢的氢脆敏感性的方法,提出了需要进一步重点研发的方向。

加热温度对热成形中锰钢氢脆敏感性的影响

对0.1C–5Mn中锰钢在不同温度(850、950和1000℃)加热后进行热成形处理,利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸及氢渗透实验等研究了加热温度对其氢脆敏感性的影响.结果表明,试验钢在不同温度加热后进行热成形处理,其组织全部为马氏体,同时因自回火而生成一定量的ε-碳化物,且随着加热温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸增加,而试验钢的强度和塑性逐渐降低.当加热温度为850℃时获得了较好的强度与塑性配合,强塑积为22 GPa·%.随着加热温度升高,充氢样中的可扩散氢含量明显降低而非可扩散氢含量有所增加,而以相对缺口抗拉强度损失表征的氢脆敏感性指数及有效氢扩散系数呈现先升高后显著降低的变化趋势,当加热温度为1000℃时,氢脆敏感性最低.进一步断口分析表明,试验钢充氢断口起裂区均为沿着原奥氏晶界的沿晶断裂.试验钢的这种氢脆断裂行为主要与热成形中锰钢的强度水平及自回火析出的ε-碳化物有关.与常用的传统热成形钢22MnB5相比,试验钢的氢脆敏感性较高,这主要与其M_(s)点(马氏体转变开始温度)较低而使得自回火程度较低等有关.

X60、X70管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的对比研究

目的开展电解渗氢管线钢及其焊接接头显微组织和力学性能研究,为掺氢天然气管线服役安全可靠性评估提供支持。方法X60、X70管线钢及其焊接接头试样在100mA/cm^(2)下进行24h电解渗氢后,开展有、无渗氢情况下相关试样的显微组织结构、氢热脱附、拉伸力学性能与断口形貌测试分析,揭示渗氢对X60、X702种管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的影响规律。结果X60及X70管线钢以细小多边形铁素体为主,其焊缝和热影响区以粗大的粒状或板条贝氏体为主。相对于X70管线钢,其焊接接头具有更高的氢渗透性和稳定性。渗氢导致X60、X70管线钢及其焊接接头试样的强度与塑性降低,渗氢X70焊接接头力学性能衰减最为明显,拉伸断口呈准解理断裂特征。结论X70管线钢的氢脆敏感性高于X60管线钢,管线钢焊接接头的氢脆敏感性高于母材。

Ti-2.5Al-2Zr-1Fe在慢应变速率下的氢脆行为与机理研究

通过慢拉伸、恒位移等加载方法,评估了含氢Ti-2.5Al-2Zr-1Fe合金的力学性能衰减行为及氢脆敏感性的变化.利用扫描电子显微镜对断口微观形貌特征进行了分析,并采用二次离子质谱仪对氢的宏观分布进行了表征,揭示了断口脆性区域与氢宏观分布之间的内在联系.此外,结合位错载氢运动模型及扩散方程,探讨了氢的扩散机制以及慢应变速率对氢扩散过程产生的影响.为了进一步探索氢化物的存在性,利用透射电子显微镜对表面高氢浓度层和裂纹尖端及其附近物相进行了表征分析,最终未发现氢化物相的析出,综合上述实验数据和微观物相结构分析,对Ti-2.5Al-2Zr-1Fe合金的氢脆机制进行了探讨,认为该合金的氢脆机制由HEDE机制主导.

高强韧耐蚀抗氢脆弹簧钢研究进展

在“双碳”目标愿景下,长服役寿命是高端装备用高强韧弹簧钢的主要发展方向。然而,高强弹簧钢的腐蚀、氢脆是制约其在复杂服役环境中应用的瓶颈。研究发现,合金元素能从多方面改善弹簧钢的耐蚀性能,对弹簧钢中多元微量元素进行优化设计,从而构筑纳米相对提升其抗氢脆性产生良好效果。本文概括了常用合金元素在提升弹簧钢耐蚀性能方面的有益作用及其机制,重点介绍了合金元素如何通过改善表面锈层结构以及改变显微组织影响弹簧钢的耐蚀性能。基于近几十年来锈层防护方面的研究成果,探讨了Cr、Ni等合金元素促进致密α-FeOOH和电负性锈层形成的机制。总结了微观组织特征对材料电化学腐蚀行为的影响,介绍了该领域的最新研究成果和目前存在的不足。此外,基于高强弹簧钢存在的氢脆问题,围绕深氢陷阱的捕获机制,阐述了过去研究取得的进展及其存在的一些争议,概括了高强弹簧钢抗氢脆性能方面的研究。为设计与制备具有良好耐蚀、抗氢脆性能的高强韧、长服役寿命弹簧钢提供理论基础。

含氢环境中X80管线钢焊接接头氢脆敏感性研究

为了探究管线钢焊接接头在氢气环境下断裂力学性能的变化,采用缺口拉伸原位充氢方法对X80钢母材、焊缝和热影响区进行12 MPa总压,0.36 MPa氢分压下的氢脆敏感性研究,采用高压慢应变速率拉伸试验机进行缺口拉伸测试,采用高压断裂韧性试验机和高压腐蚀疲劳试验机对X80钢分别进行断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验。结合断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验对X80钢的裂纹扩展行为进行研究。结果表明:在相同条件下,相比母材和热影响区,焊缝位置的断面收缩率明显下降,表现出较高的氢脆敏感性;与常温常压空气中的原始数据相比,在0.36 MPa氢分压环境中焊缝位置的裂纹尖端张开位移(CTOD)值变化较小,断裂表面未出现二次裂纹;与在空气环境中相比,X80钢焊缝在0.36 MPa氢分压环境中的疲劳裂纹扩展速率增加了1个数量级,说明氢气能够增大材料的疲劳裂纹扩展速率,但根据实际管道压力波动情况,在0.36 MPa氢分压条件下X80钢的氢脆敏感性较小。

硅酸锌车间底漆对船体钢在海水中氢脆行为的影响研究

目的 研究硅酸锌车间底漆对船体钢在海水中氢脆行为的影响,为船舶建造涂装工艺提供数据支撑。方法 采用电化学测试、慢应变速率试验(SSRT)、断口微观形貌观察,考察带有硅酸锌车间底漆的船体钢在海水中的氢脆行为。结果 自腐蚀状态下,船体钢及其涂层试样的SSRT断口均以韧性断裂为主,氢脆系数均小于10%,没有明显的氢脆敏感性。–0.94 V阴极保护状态下,船体钢及其涂层试样的SSRT宏观断口均出现了不同程度的撕裂痕,微观断口出现小解理面特征。以硅酸锌涂层做底漆的试样,撕裂痕以及解理面特征最显著,氢脆系数增大最为明显。当船体钢/硅酸锌/环氧耐磨涂层表面出现破损时,氢脆敏感性系数进一步增大。结论 阴极保护状态下,硅酸锌底漆会增加船体钢在海水中的氢脆敏感性。

多尺度实验测试评价高强钢氢脆的研究进展

氢脆是高强钢中普遍存在的现象,也是其研发过程中必须攻克的难题。为了深入理解高强钢的氢脆与其缺陷之间的关系,发展了许多测试评价方法,如宏观尺度的慢应变速率拉伸、线性增加应力、恒载荷拉伸这类力学实验以及检测氢含量的热脱附光谱法和电化学氢渗透法,根据高强钢的塑性损失、最大断裂应力、断裂时间、应力强度因子、氢的俘获能和扩散速率等参数直接进行氢脆敏感性的评价。但宏观尺度的实验无法深入地研究高强钢发生氢脆的机理,通过介观、微观尺度的实验和表征手段,如压痕法、纳米压痕法、微悬臂梁弯曲实验、原子探针技术、氢微印技术、扫描开尔文探针显微镜等,从局部测试高强钢性能变化和准确检测氢被俘获的位置,能够在解释氢脆机理和认识氢与高强钢中缺陷之间相互作用的问题上提供更加准确的依据。本文介绍、对比了上述这些实验方法并调研了多尺度实验测试评价高强钢氢脆的研究进展,总结了高强钢氢脆研究现状和主流的测试评价方法,为深入探索高强钢氢脆提供了思路。

储氢容器用金属材料的氢脆敏感性

由于对化石燃料的过度依赖,导致全球能源短缺和环境污染日益严重,迫切需要开发高效、清洁新能源。氢能被认为是未来重要的清洁二次能源,近年来受到广泛关注与研究。氢的高效和安全储运是氢能大规模应用的关键技术。储氢容器临氢材料的氢脆敏感性是氢能的制造、运输、储存过程中需要解决的关键性问题。本文介绍了氢脆的形成机理、影响因素及研究方法,综述了目前国内外对于304不锈钢、316不锈钢、Cr-Mo钢、6016铝合金等主流储氢容器用金属材料的研究现状。最后,针对储氢容器未来的发展趋势进行了展望。

汽车用高强钢氢脆损伤研究的现状

随着汽车工业的发展,亟待开发高强度钢。然而随着钢强度的提高,氢脆损伤也越严重,氢脆现象严重影响高强度汽车用钢的发展,国内外均在研究如何解决这个问题。简要介绍了发生氢脆损伤的机制,热成形钢、双相钢、淬火-配分钢、相变诱导塑性钢等先进高强度汽车用钢的发展及其氢脆损伤的研究现状,以及常用的充氢方法和氢脆敏感性测试技术。

热成型钢氢脆行为研究进展

提高汽车用钢的强度是实现汽车轻量化设计的有效途径。然而,随着热成型钢强度不断提高,其氢脆敏感性也相应增大,氢致开裂已成为阻碍超高强度热成型钢发展与应用的重要问题。对热成型钢氢脆的影响因素、研究方法、机理和防护方法这4个方面的最新研究进展进行了综述,为相关领域的研究人员提供参考。

掺氢天然气管道氢脆防护研究进展

结合目前掺氢天然气研究现状,从管线钢氢脆的角度,根据管线服役环境提出几种氢脆防止措施:可以单独或者协同竞争吸附来抑制氢脆的CO、CH 4、O 2等抑制性气体;常见的合金涂层以及具有高阻氢性能的二维新型材料(石墨烯、BN、MXene和TMDs);通过热处理和添加合金元素对管线钢改性,包括热处理调整组织与晶界、添加合金元素增加阻氢析出物等。

氢气输送用L360MH钢级HFW管材开发与抗氢脆性能研究

采用低碳低锰微合金化设计、高洁净炼钢和控轧控冷技术制备热轧卷板,通过高频焊(HFW)工艺和热处理技术制造出了抗氢脆性能优异的L360MH钢级HFW氢气输送管材。试验检测表明,在6.3 MPa氢气环境下,HFW管体和焊缝缺口试样均具有优异的抗氢脆性能,慢拉伸强度损失率分别为0.4%和4.2%,断面收缩率损失率分别为3.2%和1.2%,断裂韧性K_(IH)分别为236 MPa·m^(1/2)和210 MPa·m^(1/2),断口呈现韧性断裂;裂纹扩展速率差别不大,但相比氮气环境均快了10倍左右。将L360MH钢级Φ406.4 mm×10.8 mm HFW焊管充氢6.3 MPa,100天后检测其力学性能,其强度、韧性、塑性等各项指标优异,满足GB/T 9711—2023和ASME B31.12—2023要求。

掺氢天然气输送管线钢氢脆行为的研究进展

近年来,利用现有的天然气管网输送氢气以其经济性和高效性受到国内外研究学者的广泛关注。但是,氢气导致管线钢的氢脆问题给管道的长期安全运行带来极大的挑战,掺氢天然气输送管线钢的氢脆行为研究迫在眉睫。综述了金属氢脆机理的研究进展,对氢气/掺氢天然气环境中管线钢金属力学性能变化等方面的研究现状进行总结。此外,还介绍了抑制管线钢氢脆行为的常用方法,为氢脆问题的有效解决提供参考,从而保障天然气输送管道的安全运行。

选区激光熔化制造Inconel 718合金的氢脆行为

后热处理可以有效改善选区激光熔化(SLM)制造的Inconel 718合金的强塑性匹配,但其氢脆断裂行为目前还尚不明确。为此,对SLM制造的Inconel 718合金进行了高温固溶+单级时效热处理,并采用扫描电镜的电子背散射衍射(EBSD)和背散射电子(BSE)成像对其显微组织进行了分析,通过预充氢前后的拉伸实验对合金的氢脆敏感性进行了评估,并采用EBSD和BSE对拉伸试样的断口表面形貌和裂纹扩展路径进行了分析。结果表明:热处理后,SLM制造的Inconel 718合金的抗拉强度可达1341 MPa,并保持24.5%的断后伸长率,但也具有较高的氢脆敏感性,充氢96 h后合金的强度损伤和塑性损失分别达到18.5%和52.3%。拉伸过程中晶界上由于δ相以及滑移带引起的应力集中促进了晶界上氢的局部富集,从而诱发沿晶氢脆裂纹的萌生及扩展。

澳大利亚进一步解析“氢脆”机理

澳大利亚悉尼大学国家显微与微分析中心科研团队一项新研究,进一步解析了氢导致钢铁性能下降、发生“氢脆”的机理,同时发现在碳化物增强钢中添加钼(Mo)元素可显著增加其捕获氢的能力。研究成果已发表在《自然通讯》上。“氢脆”是金属中氢引起的材料力学性能下降、塑性下降、开裂或损伤的现象,阻碍了氢在高压下的有效储存和运输,是向氢经济转型的最大障碍之一。

电化学充氢下2.25Cr1Mo0.25V钢氢脆敏感性研究

针对制造加氢反应器的主要材料2.25Cr1Mo0.25V钢易发生氢脆的问题,重点研究了材料氢脆发生机制,以了解该材料的氢脆敏感性。利用电化学氢渗透测试技术,通过施加阴极恒电流,使氢原子渗透进入钢中,揭示了不同环境中的氢扩散特性,同时通过结合氢渗透技术和慢速率拉伸试验方法研究了钢材的氢脆敏感性。渗氢试验结果表明:随着电化学充氢电流密度的增大以及试样厚度的减小,氢扩散系数均逐渐增大;充氢温度的倒数1/T和氢扩散系数的自然对数之间存在线性关系。慢速率拉伸试验的结果表明:随着充氢电流密度的增大,钢的断裂强度、延伸率和断面收缩减小而氢脆指数增大。当充氢电流密度超过2.5×10^(-3) A/cm^2时,钢材表现出明显的氢脆。该试验结果可为加氢反应器材料性能评价提供理论依据。