上海博迅分析锰钢的氢脆敏感性

近年来，中锰钢因具有优异的强塑积（抗拉强度与断后伸长率的乘积）同时经济性及可制造性而得到了越来 越 多 的 关 注。中锰钢通常含有质量分数 ３％～１０％左右的 Ｍｎ元素，在热轧或冷轧后的组织 为马氏体，经过α＋γ两相区逆转变退火处理而获得 超细的铁素体＋亚稳奥氏体的复相组织，其中的亚 稳奥氏体体 积 分 数 最 高 可 达６０％。这些 亚 稳 奥 氏 体在拉伸形变过程中逐步发生 ＴＲＩＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａ－ ｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）效应，从而获得抗拉强 度 为 ８００～１６００ＭＰａ、断后伸长率为２０％～７０％、强塑积 为２５～５０ＧＰａ·％的优异力学性能。

１ 实验材料和方法

实验材料为工业试制的０．１Ｃ－５Ｍｎ钢热轧钢板 （厚６．０ｍｍ），其化学成分（质量分数，％）为：Ｃ０．１， Ｍｎ５．０，Ｓｉ０．０１，Ｆｅ余量。通过 Ｔｈｅｒｍａｌ－Ｃａｌｃ软件 （ＴＣＦＥ８数据库）计算了实验钢 Ａｅ１和 Ａｅ３温度分别 为６１０℃和７４０℃。对该热轧板在实验室电阻炉中 进行６５０℃的两相区退火处理，保温时间分别为５ ｍｉｎ（编号为 ＴＧ７）和３０ｍｉｎ（编号为 ＴＧ８），随后空 冷至室温。为了模拟钢板表面处理过程中温度升高 的影响，将一部分退火３０ｍｉｎ的试样加热到５００℃ 进行回火处理，保温时间为６０ｍｉｎ，随后空冷（编号 为 ＴＧ８－５００）。此外，为考察变形后中锰钢的氢脆敏 感性，将其余的退火３０ｍｉｎ试样沿着钢板轧制方向 取板状拉伸试样（宽度５ｍｍ、厚度１．５ｍｍ、标距１５ ｍｍ），在 ＳＵＮＳ／ＵＴＥ５３０５ 型 材 料 试 验 机 上 进 行 ５％预变 形，拉 伸 速 率 为 １ｍｍ／ｍｉｎ（编 号 为 ＴＧ８－ ５％）。上述实 验 钢 的 处 理 工 艺 如 图 １ 所 示。对 于 ＴＧ７及 ＴＧ８－５００样，沿着钢板轧制方向取板状拉伸 试样（宽度５ｍｍ、厚度１．５ｍｍ、标距１５ｍｍ）。

采用ＺｅｉｓｓＥＶＯ１８型扫描电子显微镜（ＳＥＭ） 和 ＨＩＴＡＣＨＩＨ－８００型透 射 电 镜（ＴＥＭ）观察 不 同处理状 态 试 样 的 微 观 组 织 形 貌，加 速 电 压 为 ２００ ｋＶ。从试样上线切割０．４ｍｍ 厚的薄片，在砂纸上 均匀磨到４０μｍ 以下，并冲成直径为３ｍｍ 的圆片， 然后在电解减薄双喷仪上进行电解抛光，双喷溶液 为６％（体积分数）高氯酸酒精，溶液温度为－２０℃。 采用 日 本 理 学 Ｄ／ＭＡＸ ２５００ 型 Ｘ 射 线 衍 射 仪 （ＸＲＤ）测定实验钢中的奥氏体含量，选用 Ｃｕ靶，步 长为２（°）／ｍｉｎ，ＸＲＤ试样尺寸为２ｍｍ×５ｍｍ×１０ ｍｍ，用 砂纸手工磨光后进行电解抛光。

２ 实验结果

实验钢经 ６５０℃ 两相区等温退火 ５ｍｉｎ（ＴＧ７ 样）组织为板条状，且存在大量白色颗粒状组织。实验钢经过３０ｍｉｎ两相区退火后再经５００ ℃回火（ＴＧ８－５００样）后，其微观组织与 ＴＧ７有明显 区别，板条状组织不明显且在原奥氏体晶界上有大 量白色颗粒状组织。两相 区 退 火３０ｍｉｎ 的试 样 经 过 ５％ 预变 形（ＴＧ８－５％样）后其 组 织 与 ＴＧ７类似，为板 条 状 组 织。鉴于 ＳＥＭ 分辨 能 力 有 限，为 观 察 实 验 钢 中 板 条状组织和奥氏体晶界处的碳化物，采 用 ＴＥＭ 对 实验钢的微 观 组 织 形 貌 进 一 步 分 析，如 图 ３ 所 示。ＴＧ７样板条状组织为奥氏体 （黑灰色）＋铁素体（灰白色）组成的两相组织，板 条较为细小，在马氏体板条束界和原奥氏体晶界处 还形成少量等 轴 状 奥 氏 体。可 见，３ 种 实 验 钢 在１０５～１４０℃ 附 近 有 一 较 强 的 氢 逸 出 峰， 在３５０℃附近 有 一 较 弱 的 氢 逸 出 峰。 钢 中 的 氢 一般可分为可扩散氢和非扩散氢，通 常 认 为 低 温 侧逸出的氢为室温可扩散性氢（大 约 ３００℃ 以 下逸出 的 氢），而 高温逸出的氢为室温不可扩散性 氢，且钢的氢脆敏感 性主要受可扩散氢的影 响。

３ 分析讨论

对此，上海博迅通过上述分析得出影响高强度钢氢脆敏感性的主要因素包括应力、可扩散 氢 含 量 及 组 织 和 强 度 水 平 等 材 料 特 征。 ＴＧ８－５００样强 度 水 平 最 高，可扩散氢含量居中， 但其氢脆敏感性却最低，这显然主要与这３种实验钢的组织特征有关，即回火处理及预变形影响实验 钢的微观组织及氢吸附逸出特征，进而影响其氢脆 敏感性。值得注 意 的 是，３种 不 同 状 态 实 验 钢 的 强 塑积差异较 小。这表 明，适当的回火处理在 不明显降低强塑积的提前下，可大幅度地降低实验 钢的氢脆敏感性；而较小的预变形尽管使氢脆敏感 性有所提高，但强塑积变化不明显。



 

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