【突破】上海交大团队在含残奥钢氢脆方面获重要发现

2022-04-29 16:11:08 作者：汽车材料网来源：汽车材料网分享至：

上海交通大学、中信金属和上海大学的最新研究成果在MaterialsScience and Engineering:A发表，为行业的发展做出了重要的贡献。

骆毅为第一作者，路洪洲和李伟为联合通讯作者。本文对钢种薄膜状残余奥氏体的产生极其抑制氢脆的作用进行了解释，将对含残余奥氏体的抗氢脆钢材设计开发有一定指导意义。为此汽车材料网对李伟副教授进行了采访。

1 问题一：您的团队最新成果在MSEA发表，请介绍一下最新的发现。

为了响应国家降低碳排放的号召，轻量化、高强度的钢板成为汽车钢板研究的重点。然而随着强度的提升，高强钢的氢脆敏感性也随之提升。之前微合金化对高强钢氢脆的影响研究主要集中在形成纳米碳化物析出相的氢陷阱，对于淬火态这些微合金元素和碳元素的扩散和偏聚对晶界组织的影响的研究较少。

我们和中信金属、上海大学合作，研究了Nb、Mo微合金化对热轧中锰钢力学性能和氢脆的影响。结果表明，Nb、Mo在热轧钢中以固溶体形式存在，碳化物含量很少。Mo和Nb均增加了残余奥氏体的体积分数（VA），降低了马氏体相变的起始温度（MS），延缓了马氏体相变，其中Nb的作用更为明显。同时添加Mo和Nb对增加VA、降低MS和延缓马氏体转变具有协同效应。

图1.试样的EBSD图像（a）菊池带衬度图（b）IPF图（c）相图。

图2.（a）样品的热膨胀曲线（b）空心圆柱的热膨胀膨胀试样：fα‘与过冷度MS-T。

试样的伸长率随着VA的增加而增加。强度呈现相反的趋势。少量Nb（0.04wt%）显著改善了钢的耐氢脆性能，其改善效果远大于Mo（1wt%）。由于添加Nb，沿初生奥氏体晶界形成薄膜状残余奥氏体；它抑制了氢致裂纹扩展，从而提高了氢脆抗性。同时添加Mo和Nb形成块状残余奥氏体，使抗氢脆性能恶化。

图3.（a）未充氢和充氢5min（20mAcm-2）的试样的慢速率拉伸曲线（b）充氢8分钟（20mAcm-2）的试样的慢速率拉伸曲线

2 问题二：这一氢脆相关的研究成果和发现，将对含有残余奥氏体的Q&P、DH、中锰钢、热成形钢等汽车钢的开发有哪些指导和借鉴意义？

残余奥氏体的含量和稳定性对钢材的力学性能抗氢脆性能具有重要的影响。残奥的形貌和周围相对其变形过程中发生TRIP效应也有很大的影响。当残余奥氏体以薄膜状的形式存在时，且沿原奥氏体晶界分布时，残余奥氏体的增加有利于提高钢材的抗氢脆性能。考虑包括碳元素在内的合金元素的偏聚和富集对高强钢复相组织尤其是奥氏体的形貌和分布的影响，可能是我们的工作对抗氢脆高强钢设计和开发思路的一点启发。

3 问题三：请简述一下上海交大在氢脆研究和抗氢脆钢研究方面还有哪些进展？以及在目前有哪些先进的研究手段和研究规划？

目前，我们课题组继续在高强钢的氢脆机理和抗氢脆新钢种进行研究。分别研究了碳化物对马氏体钢氢脆性能的影响以及奥氏体稳定性对含氮奥氏体钢氢脆性能的影响。重点研究氢对变形机制的影响、氢陷阱和位错/界面工程对抗氢脆组织的调控等，在如何改善奥氏体组织的氢脆性能方面有一些进展。研究手段包括热脱附谱，二次离子质谱、氢微印和原位变形台等，我们和悉尼大学陈翊昇老师有很好的合作，他们拥有先进的冷冻三维原子探针设备，可精确表征氢在组织内的位置。我们希望今后通过更广泛合作研究，对氢脆机理有更深入的理解。

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