油井管钢氢致开裂门槛值研究

四种高强度油并管钢动态充氢时，进入试样的可扩散氢含量c0和充氢电流i成正比；而氢致断裂门槛应力σc与名义屈服强度σt之比和Inc0成正比，即σc／σt=A-BInc0．测量了四种钢在H2S中浸泡时进入试样的c0，求出相应的ic，用ic充氢时测出的门槛应力σc（H）／σt和H2S中应力腐蚀门槛应力σc（H2S）／σt相一致这表明，可用特定电流下的动态充氢来代替H2S应力腐蚀．

应力腐蚀机理研究的新进展

首先对近十年来在应力腐蚀机理研究中提出的主要新观点进行了评述，然后以作者近期关于应力腐蚀机理研究的结果为主，重点介绍了在溶解促进位错发射、增殖和运动及在应力腐蚀裂纹形核、扩展的透射电镜研究中取得的最新进展．最后提出了目前应力腐蚀机理研究中尚需进一步研究的问题．

抗H_2S石油套管钢的设计

理论研究表明，为满足高强度抗H2S套管钢的使用要求，可选用C，Mn，Cr和Mo为合金元素，要求S，P和Si的含量尽量低，回火温度尽量高．本文用正交设计来确定C，Mn，Cr和Mo的范围．用国外同类钢种的数据代管实验室试验进行正交分析．按设计的成分直接进行批量生产，获得成功，在两年内完成了新钢种的设计，开发和使用．

应力腐蚀机理研究

本文提出必须综合电化学、激活能,加载方式、门槛值、裂纹形核位置以及断口形貌的对比研究,压应力产生裂纹可能性以及裂纹形核和局部塑性变形关系的研究才能确定应力腐蚀机理是属于阳极溶解型还是氢致开裂型。不锈钢在热盐溶液中应力腐蚀时氢能进入并富集,且能加速应力腐蚀,但它不起控制作用,故属于阳极溶解型。氢和应力对阳极溶解有协同作用。对阳极溶解型应力腐蚀,正应力起了控制作用。

氢对黄铜脱锌层引起拉应力的影响

黄铜表面在氨水中腐蚀或应力腐蚀时形成脱锌层 ,由此产生一个附加拉应力。实验结果表明 ,脱锌层拉应力σp 随黄铜试样中氢含量w(H)的升高而线性升高 ,即σp/MPa =13.2 +5 .2× 10 -6w(H)。黄铜中的氢含量达到 3× 10 -6时 ,可使黄铜在氨水中的应力腐蚀敏感性升高 10 %。氢促进黄铜应力腐蚀的原因是氢含量的增大会引起脱锌层拉应力的增大。

核电汽轮机用钢蓝脆和应力腐蚀的交互作用

本文研究了核电汽轮机用钢蓝脆和应力腐蚀的交互作用，结果表明：这类中强度钢在水介质中的应力腐蚀敏感性很小，只能用慢拉伸方法才能发现．但是，在蓝脆温度（230℃）附近，动态应变时效将和应力腐蚀发生交互作用，从而使应力腐蚀敏感性急剧升高．其原因和应变高度局部化导致的氢富集有关.

Ti_3Al型金属间化合物中氢促进解理断裂的机理

对解理开裂,对氢致解理,氢能促进位错的增殖和运动,从而σ_0(H)<σ_0,k>1,即σ_F(H)<σ_F,K_(IH)<K_(IC)氢通过促进局部塑性变形而促进解理裂纹的形核。

氢致开裂和应力腐蚀机理的前沿问题

本文对各种氢致开裂和应力腐蚀机理进行了评述。指出,把氢促进局部塑性变形和弱键理论以及氢压理论联合起来就有可能发展新的氢致开裂机理;必须深入研究阳极溶解对位错发射,增殖和运动的影响才能提出合理的阳极溶解型应力腐蚀的机理。

氢致开裂和应力腐蚀机理新进展

一、氢致开裂机理在某些情况下,氢是有用元素.如氢能提高钛及其合金的自扩散,稳定β相,从而提高热塑性,改善热加工性能.氢作为临时合金元素,能改变α+β型钛合金及金属间化合物的组织结构,从而大大改善其机械性能.尽管如此,氢进入材料后往往引起各种损伤.如过饱和氢冷却时产生的钢中白点、铝合金中的亮片以及硅单晶中的氢沉淀,在某些金属(如V,Nb,Ta,Ti,Zr,Hf,RE等)及其合金中形成脆性的氢化物相,高温(T>200℃)高压环境下的氢腐蚀,奥氏体钢及合金中氢所诱发的马氏体相变,原子氢扩散富集所引起的塑性损失和滞后开裂.一般均把各种氢损伤统称为氢脆.

车轮钢中的白点及其断口形貌研究

研究了车轮钢中白点的形成过程,制备了白点(氢压裂纹)的真实断口,并与含白点试样的各种断口进行了对比．结果表明,先形成氢鼓泡,然后从鼓泡壁产生微裂纹,它们互相连接形成白点．白点断口和含白点试样的断口概念不同,前者为准解理, 与氢致滞后开裂断口相同;后者则依赖断裂方式和试样厚度．钢中白点除了产生二次裂纹外,对各种断口形貌均无影响．车轮钢的滞后断裂由原子氢引起,与白点无关．

原子氢和白点对车轮钢力学性能的影响

车轮钢中白点形成的临界可扩散氢浓度为(C_0~*=1．3×10^(-6)(总氢浓度C_T~*=3．7×10^(-6)),当白点数量超过临界值(对应的可扩散氢浓度C_0＞5．6×10^(-6)),则使强度和塑性急剧下降,但实际车轮中白点含量少(Co＜3．9×10^(-6)),对材料的拉伸性能和断裂韧性没有影响,原子氢对断裂韧性K_(IC)没有影响；但如慢拉伸,则使塑性下降,如恒位移加载,则原子氢能引起氢致滞后开裂,其门槛应力强度因子K_(IH)随C_0升高而线性下降,即K_(IH)=57．8—3．9C_0,但白点对氢致滞后开裂没有影响。

高强钢应力腐蚀门槛值随强度的变化规律

恒位移试样测量表明，４０ＣｒＭｏ钢在３．５％ＮａＣｌ水溶液中应力腐蚀（ＳＣＣ）门槛应力强度因子ＫＩＳＣＣ随屈服强度σｓ指数下降、即ＫＩＳＣＣ＝１．３８×１０６ｅｘｐ（－８．２６×１０－３σｓ）．动态充氢时氢致开裂（ＨＩＣ）门槛应力强度因子ＫＩＨ随试样中可扩散氢浓度Ｃ０（１０－６）的对数而线性下降，即ＫＩＨ＝３１．１－９．１１ｎＣ０． ＳＣＣ时也遵循这个规律．发生ＨＩＣ型ＳＣＣ的临界氢浓度Ｃｔｈ随σｓ指数下降，从而可导出ＫＩＳＣＣ＝ａｋ１ｅｘｐ（－ｋ２σｓ）；其中ａ＝３ＲＴ ／２（１＋ν）ＶＨ，ＲＴ是热能，ρ是裂纹止裂时的曲率半径，ＶＨ是氢在钢中的偏摩尔体积，ν为Ｐｏｉｓｓｉｏｎ比，ｋ１和ｋ２则是和成分及组织有关的常数．

304L不锈钢在高温水中的应力腐蚀裂纹扩展

敏化的304L不锈钢紧凑拉伸试样在288℃的含氧循环水中发生应力腐蚀(SCC)后,沿试样横截面将裂纹尖端区制成透射电镜(TEM)试样,用高分辨分析型TEM观察裂尖,测量微区成分.结果表明,在不连续的SCC裂纹周围及裂尖前方存在几百纳米宽的氧化物区,成分为Cr2O3,Fe3O4或其混合物.在氧化物中存在大量的纳米级浅裂纹,在裂尖应力集中作用下,氧化物中首先形成不连续的微裂纹,它们长大并和主裂纹连接就导致SCC裂纹的不连续形核及扩展.

阴极极化对7050铝合金应力腐蚀行为的影响

采用阴极极化、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和定氢仪研究阴极极化对7050铝合金应力腐蚀行为的影响。结果表明:当阴极极化电位高于-1100 mV时,7050铝合金的应力腐蚀敏感性(Iscc)随着极化电位的负移而升高;而当阴极极化电位低于-1100 mV时,Iscc则随着极化电位的负移而下降。外加极化电位对不同时效状态7050铝合金Iscc的影响程度不同,即阴极极化对欠时效状态下铝合金的Iscc影响显著,对过时效状态铝合金Iscc的影响最小,对峰时效状态下铝合金Iscc的影响居中。铝合金的应力腐蚀机理为阳极溶解和氢脆共同作用,且氢对铝合金应力腐蚀的作用随着氢浓度的增加而增加。

应力和夹杂对车轮钢中氢鼓泡的影响

车轮钢在恒应力下充氢表面出现氢鼓泡的临界电流和无应力试样相同,恒应力下临界可扩散氢浓度C_σ~*落在无应力试样的分散带内,t检验表明应力对C_0~*没有影响．恒应力下发生氢致滞后断裂的门槛电流密度和门槛可扩散氢浓度分别为i_(th)=3 mA/cm^2和C_(th)=0．52×10^(-6),远小于出现氢鼓泡的相应值i_c=5 mA/cm^2和C_0~*=1．18×10^(-6)．无应力时,氢鼓泡并不择优沿夹杂产生；但在恒应力下,氢鼓泡择优沿长条状夹杂形核,其临界可扩散氢浓度从1．18×10^(-6)降为0．56×10^(-6)．

MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响

通过实验和有限元计算研究了MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响.结果表明:当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向平行时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而增加;当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向垂直时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而降低.对于具有扩散通道效应和陷阱效应的第二相,它对氢扩散的影响取决于扩散通道效应和陷阱效应的强弱以及第二相的形状、数量和取向.

夹杂对氢鼓泡形成的影响

通过粘接低熔点合金后拉伸,可使纯铁表面氢鼓泡被剖开,露出内部断口形貌．扫描电镜观察和能谱分析表明,氨鼓泡是含H_2的空腔,大多数(88%)鼓泡核附近存在夹杂．这表明含H_2空腔择优在夹杂界面处形成,当鼓泡中氢压产生的应力超过原子键合力(有可能被氢降低)时,裂纹从鼓泡核壁形成,产生断裂花样,氢进入已开裂的鼓泡就使它通过裂纹扩展而不断长大,直至鼓泡破裂,内部氢压释放．

不同pH值下黄铜应力腐蚀敏感性与腐蚀引起拉应力的对应性

黄铜在氨水中当9≤pH≤11.4时,形成脱Zn层,当pH≤8或pH≥12时形成钝化膜,用两种方法测量腐蚀钝化膜或脱Zn层引起的内应力.拉伸试样成膜（或脱Zn层）之前流变应力和成膜后屈服应力之差就是作用在整个试样上的膜致应力.用一边保护一端悬挂的薄片测出腐蚀过程中的挠度,用SEM测量脱Zn层厚度,用AFM测量钝化膜厚度,从而求出钝化膜和基体界面的内应力. 两种方法所测出的腐蚀引起的内应力随pH值的变化趋势是一致的.用缺口拉伸试样测量应力腐蚀敏感性.结果表明,应力腐蚀敏感性随pH值的变化和钝化膜（或脱Zn层）引起的内应力随pH值的变化完全一致.当pH≥7时,钝化膜或脱Zn层引起的拉应力有极大值,而巨随pH值的升高变化不明显,与此同时,SCC敏感性也有极大值,而且随pH值的升高变化也不明显.但当pH≤6后随pH值下降,钝化膜引起的拉应力急剧下降,与此同时,SCC敏感性也急剧下降.由此可知,黄铜在氨水中的应力腐蚀和腐蚀引起的拉应力密切相关.

不锈钢焊缝金属的氢脆

用慢应变速率拉伸方法研究了不稳定型奥氏体不锈钢焊缝金属（３０８Ｌ和 ３４７Ｌ）以及母材（３０４Ｌ）的氢脆敏感性，分别研究了原子氢以及氢致马氏体对氢致塑性损失的贡献，结果表明，当可扩散的氢浓度Ｃ０大于临界值（约 ２５×１０－６－３０×１０－６）后三种不锈钢均会出现氢致马氏体（ε＋α’），其含量 Ｍ随 Ｃ０升高而升高，即 Ｍ（ε＋α’）＝５４．２－２５ ｅｘｐ（－Ｃ０／１５３）．氢致马氏体引起的塑性损失Ｉδ（Ｍ）随马氏体含量线性升高，即 Ｉδ（Ｍ）＝０４５Ｍ＝２４．４－１１．３ ｅｘｐ（－Ｃ０／１５３）１００％马氏体引起的最大塑性损失约为 ４５％，动态充氢引起的塑性损失几减去充氢除气试样的塑性损失就是原子氢引起的塑性损失Ｉδ（Ｈ），它随 Ｃ０升高而升高，但当 Ｃ０＞１０－４后，Ｉδ（Ｈ）趋于最大值（对应 ε＝５ × １０－６／ｓ），即 Ｉδ（Ｈ）ｍａｘ＝４４％（３０８Ｌ），Ｉδ（Ｈ）ｍａｘ＝４５％（３４７Ｌ）以及 Ｉδ（Ｈ）ｍａｘ＝４０％（３０４Ｌ）．随应变速率ε升高，Ｉδ（Ｈ）逐渐下降，直至为零（对应 ε＝０．０１８／ｓ—０．０３２／ｓ）；即 Ｉδ（Ｈ）＝－１６．４—１０．６ ｉｇε（３０８Ｌ），Ｉδ（Ｈ）＝－２０．９—１２．

块状非晶剪切带和微裂纹形核扩展的SEM原位研究

在扫描电镜(SEM)中对Zr_(57)Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10)Nb_5块状非晶单边缺口试样进行了原位拉伸;用原子力显微镜(AFM)研究了剪切带的三维形貌。研究表明,拉伸时缺口前方产生剪切带,它们逐步发展、长大,尽管剪切带由剪应力产生,正应力在其形成和扩展过程中起重要作用。两剪切带相交时会形成割阶,其长度随相交剪切带中应变量升高而增大,当主剪切带中应变集中足够大后,剪切微裂纹沿主剪切带和基体的交界线形核扩展,并沿剪切面向试样内部扩展几十微米;在正应力作用下,该剪切(Ⅱ型)裂纹张开成Ⅰ型,并快速贯穿试样厚度,然后沿横向快速扩展导致断裂。