应力应变对钢中氢扩散行为的影响研究

作     者：吴登攀 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伟

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Q&P980钢 BC550钢 氢扩散 应力 应变 

摘      要：为了满足轻量化和使用安全性的要求,工业制造对高强钢性能的要求越来越高。汽车用第三代先进高强钢通过调控马氏体和残余奥氏体的含量获得较高的强度和强塑积。集装箱用耐候钢通过微合金化,在提高强度的同时具备优异的耐大气腐蚀能力和较好的加工使用性能。但是随着强度的提高以及特殊服役环境引入氢含量的可能性增加,钢中可扩散原子氢引发氢脆带来机械性能(强度和塑性)的恶化极大地限制了高强钢在工业中的应用和发展。钢中氢脆的影响因素有很多:强度水平、可扩散氢含量、微观组织与结构以及应力应变等。从微观角度分析,氢脆和钢内部氢原子的运动行为以及非均质组织结构充当的氢陷阱密切相关。因此,为了更好地探究提高抵抗氢脆敏感性的方法,需要对钢以及其中不同相中氢原子行为进行深入研究。钢在服役阶段过程中不可避免地承受来自环境施加应力和应变,因此应力应变作为重要外界因素对钢中氢扩散行为的影响值得深入研究。本文基于汽车和集装箱用两类钢,使用Q&P 980和BC 550钢为研究对象,探究其在应力应变条件下,内部氢扩散行为以及氢陷阱的变化规律。一方面,通过改变塑性变形量,结合电化学充氢后的热脱附实验探究塑性阶段应变对Q&P 980中不同氢陷阱的含量以及氢脱附温度的影响。另一方面,提出了应力加载原位电化学氢渗透实验方法,研究Q&P 980和BC 550中氢原子的扩散系数和氢陷阱的变化规律。通过以上实验,主要得出以下的结论:1、Q&P 980中,存在700℃的不可逆氢陷阱,其存在和块状残余奥氏体有关。随着应变量的增加,块状奥氏体发生相变,钢中的不可逆氢陷阱峰消失。BC 550中存在两种不可逆氢陷阱,分别是脱附温度在433℃的富铜相和脱附温度在536℃的MC;2、随着应变量的增大,Q&P 980中可逆氢陷阱的氢脱附量增大,脱附温度向高温移动。一方面,随着应变量的增大,材料内部应力集中明显,位错密度增大,可以容纳更多的氢;另一方面,块状奥氏体发生马氏体相变时,新产生的奥氏体/马氏体界面是新的可逆氢陷阱,其脱附温度比位错和其他缺陷高;3、由于弹性应力下氢陷阱的激活能的减小以及原子间隙的增大,Q&P 980和BC 550的氢表观扩散系数随着弹性应力的增大而增大;Q&P 980和BC 550总陷阱密度减小。在200 MPa的应力载荷下,Q&P 980中的不可逆氢陷阱数没有影响影响,但是BC 550中的不可逆氢陷阱数降低。