為了響應國家降低碳排放的號召，輕量化、高強度的鋼板成為汽車鋼板研究的重點。然而隨着強度的提升，高強鋼的氫脆敏感性也隨之提升。之前微合金化對高強鋼氫脆的影響研究主要集中在形成納米碳化物析出相的氫陷阱，對於淬火態這些微合金元素和碳元素的擴散和偏聚對晶界組織的影響的研究較少。
我們和中信金屬、上海大學合作，研究了Nb、Mo微合金化對熱軋中錳鋼力學性能和氫脆的影響。結果表明，Nb、Mo在熱軋鋼中以固溶體形式存在，碳化物含量很少。Mo和Nb均增加了殘餘奧氏體的體積分數（VA），降低了馬氏體相變的起始溫度（MS），延緩了馬氏體相變，其中Nb的作用更為明顯。同時添加Mo和Nb對增加VA、降低MS和延緩馬氏體轉變具有協同效應。
圖1.試樣的EBSD圖像（a）菊池帶襯度圖（b）IPF圖（c）相圖。
圖2.（a）樣品的熱膨脹曲線（b）空心圓柱的熱膨脹膨脹試樣：fα』與過冷度MS-T。
試樣的伸長率隨着VA的增加而增加。強度呈現相反的趨勢。少量Nb（0.04wt%）顯著改善了鋼的耐氫脆性能，其改善效果遠大於Mo（1wt%）。由於添加Nb，沿初生奧氏體晶界形成薄膜狀殘餘奧氏體；它抑制了氫致裂紋擴展，從而提高了氫脆抗性。同時添加Mo和Nb形成塊狀殘餘奧氏體，使抗氫脆性能惡化。
圖3.（a）未充氫和充氫5min（20mAcm-2）的試樣的慢速率拉伸曲線（b）充氫8分鐘（20mAcm-2）的試樣的慢速率拉伸曲線
殘餘奧氏體的含量和穩定性對鋼材的力學性能抗氫脆性能具有重要的影響。殘奧的形貌和周圍相對其變形過程中發生TRIP效應也有很大的影響。當殘餘奧氏體以薄膜狀的形式存在時，且沿原奧氏體晶界分布時，殘餘奧氏體的增加有利於提高鋼材的抗氫脆性能。考慮包括碳元素在內的合金元素的偏聚和富集對高強鋼復相組織尤其是奧氏體的形貌和分布的影響，可能是我們的工作對抗氫脆高強鋼設計和開發思路的一點啟發。
目前，我們課題組繼續在高強鋼的氫脆機理和抗氫脆新鋼種進行研究。分別研究了碳化物對馬氏體鋼氫脆性能的影響以及奧氏體穩定性對含氮奧氏體鋼氫脆性能的影響。重點研究氫對變形機制的影響、氫陷阱和位錯/界面工程對抗氫脆組織的調控等，在如何改善奧氏體組織的氫脆性能方面有一些進展。研究手段包括熱脫附譜，二次離子質譜、氫微印和原位變形台等，我們和悉尼大學陳翊昇老師有很好的合作，他們擁有先進的冷凍三維原子探針設備，可精確表徵氫在組織內的位置。我們希望今後通過更廣泛合作研究，對氫脆機理有更深入的理解。
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https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143108
李偉博士
上海交通大學材料科學與工程學院副教授，博士生導師。
上海交通大學學士（2004），上海交通大學碩士（2007），英國伯明翰大學博士（2011）。
上海市熱處理學會理事，上海市金屬學會理事。
從事特殊鋼相變和組織調控，極端服役條件的強韌性機制和氫致延遲斷裂研究。負責國家自然科學基金2項(51201105，52071209)，國家重點研發計劃課題子課題2項（2016YFB0300601、2017YFB703003）。獲得上海交大晨星-優秀青年學者獎勵計劃，發表學術論文70餘篇。
來源：汽車材料網
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