D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s3.223 金属腐蚀基础理论研究 北京钢铁学院理化亲腐蚀亲 中科院上海冶金所中科院沈阳腐蚀所 金属物理数研室主要负责金属应力腐蚀断裂机理的研究。发展了氢致开裂理论，通 过大量的实验研究，证实了多种材料都存在氢致型性变形而后引起开裂的规律，测出了 氢在a铁中的应变场是非球对称的，通过理论计算更正了过去铁中关于氢致非球对称应 变场的计算结果，首次指出氢引起的表观弹性模量变化有两部分，一部分和原子键合力 有关，另一部分和局部应力松弛有关，并可用实验加以区分。实验证明氢虽然能降低铁 的表观弹性模量，但不影响和原子键合力有关的弹性模量。通过实验观察和理论计算， 发现氢能促进金属中位错的增殖和运动，使解理裂纹易于形成，发展了氢致解理断裂机 制，在超高压电镜下研究跟踪钛合金的氢致开裂过程中，进一步证实了另一个氢致相变 一开裂机制，在硅单晶中通过结构变化算出了导致裂纹形核的氢压值，为氢压理论提 出了定量证据，在研究钢中稀土抗硫化氢的作用机理中，发展了选择性的陷阱理论，研 究纯铁中形变对氢渗透的影响时，引入表观自由程参数，可用氢渗透法得到与宏观参量 (时间)之间的表达式。首次发现铝合金、低碳钢、不锈钢在宏观压应力下也能产生应 力腐蚀开裂，高强钢及不锈钢在扭转应力作用下也能产生应力腐蚀和氢致开裂，实验证 实钛合金在含氯离子的水溶液中产生应力腐蚀开裂时，裂纹形核是沿晶的阳极溶解，氢 致开裂是裂纹扩展的主要机制。发现高纯铝在水汽饱和空气中腐蚀疲劳氢起主要作用， 发现在氯化钠水溶液中浅裂纹试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率加快是由于氢的作用，应用 离子分析技术，提出了氢降低铝的结合能的观点。 接受石油部、四机部及军工部门的委托，对腐蚀断裂事故进行分析，对改进工艺、 提高产品质量、减少事故、减少经济损失起了很大的作用。 本项目于1986年8月通过了国家科委组织的鉴定。 材料徽观结构和力学性能分析 北京钢铁矿院理化系、数力系 中科院沈阳金属所清华大学 (1981~1985) 我校从事下列研究工作： 1。玻芳损伤与断裂 对铝和A1一u单晶，从实验上获得了疲劳裂纹直扩展的条件，并证实滑移损伤对 开裂起控制作用，而撕裂过程则起加速作用。 170
金属腐蚀墓础理论研究 北 京钢铁 学院 理化 系腐性 系 中科 院 上海 冶 金 所 中科 院沈 阳 腐 蚀 所 金属物理教研室主要负责金属 应力腐蚀断裂机理的研究 。 发展 了氢致开裂理论 ， 通 过大量的实验研究 ， 证实 了多种材料都存在氢致 型性变形 而后 引起开裂的规律， 测 出了 氢在 铁 中的应变场 是非 球对称的 ， 通 过理论计算更正 了过去铁 中关于氢致非 球对称应 变场 的计算结果， 首次指 出氢引起 的表观弹性模量 变化有两部分 ， 一部分和原子键合力 有关 ， 另一部分和局 部应力 松弛 有 关 ， 并可用 实验加 以 区分 。 实验证 明氢虽然能降低铁 的表观弹性模 量 ， 但不影响和原子键合力有关 的弹性模量 。 通 过实验观察和理论计算 ， 发现氢能促进 金属 中位错的增殖和运 动 ， 使解理裂纹 易于形 成 ， 发 展 了氢致 解理断裂机 制， 在超 高压 电镜下研究 跟踪钦合 金 的氢致 开裂 过程 中 ， 进一步证实了另一个氢致相变 — 开裂 机制， 在硅 单晶 中通 过结构 变化算 出了导致裂纹形核的氢压 值 ， 为氢压理论提 出了定量证据 ， 在研究钢 中稀土抗硫 化氢的作用机理 中 ， 发展 了选择性 的陷阱理论， 研 究纯铁 中形变对氢渗透的影响时 ， 引人表观 自由程参数 ， 可用氢渗透法得到与宏观参量 时间 之间的表达式 。 首次发现铝 合金 、 低碳钢 、 不锈钢在 宏观压 应力 下也能产生 应 力腐蚀开裂， 高强钢及不锈钢在 扭转应力 作用 下也能产生应力腐蚀 和氢致 开裂， 实验证 实钦合金在 含氯 离子 的水溶 液 中产生应力 腐蚀 开裂 时 ， 裂纹 形核是沿 晶的阳极溶解 ， 氢 致 开裂 是裂纹扩展的主要机制 。 发现高纯铝在水汽饱 和空气 中腐蚀疲劳氢起主要作用 ， 发现在 氯化钠水溶液 中浅裂纹试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率加快 是 由于氢的作用， 应用 离子分析技术 ， 提 出 了氢降低铝的结合能的观点 。 接受石油部 、 四机部及军工部门的委托 ， 对腐蚀断裂事故进行分析 ， 对改进工艺 、 提高产品质量 、 减少事故 、 减少经济 损失起 ‘ 很大 的作用 。 本项 目于 年 月通 过 了国家科委组织 的鉴定 。 材料微观结构和力学性能分析 北 京钢 铁矿 院 理化 系 、 数力 系 中科 院沈 阳 金 属 所 清华 大 学 我校从事下列研究工作 疲劳损伤与断裂 对铝和 一拟单晶 ， 从 实验上获得了疲劳裂纹直扩展 的条件 ， 并证实 滑 移 损伤对 开裂起控制作川 ， 而撕裂 过程则起加速 作用 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1987．s3．223
浅裂纹的△Kth明显比深裂纹的要低，水介质使找裂纹△Kth的下降更明显，而应 力比过载对浅裂纹的△Kth影响较小。 除局部应力集中外，净截面平均应力也明显影响缺口疲劳裂纹形核寿命。另外，瓜 应力也能使缺口诱发疲劳裂纹。 2。氢致断裂 首次发现扭转应力能引起氢致开裂，对低碳钢和不锈锅，它是氢促进蠕变的结果， 对高强钢则是氢在45°而富集引起的，导出了测重氢应变场的公式，得到非球对称的结 论，从而可定量解释上述实验。从理论上证明氢能促进位错的增殖和运动，并为一系列 实验所证实，如氢促进钛合金、可伐、不锈钢和钛合金的定温蠕变及钛合金的应力弛 豫。氢能导致滞后型性变形，对F一Si单品，首次提出氢促进塑性变形，从而促进解理 断裂导致氢脆的机理。 本项目于1986年3月由国家科委组织了鉴定。 油气管道用钢材的韧性指标研究 北京钢铁学院理化亲、数力亲 (1984~1985) 按与石油部管道局签订的协议，完成了下列工作： (1)全面的文献评述 (2)钢板机械性能和烃管性能的关系一弯管工艺过程对钢板性能的影响。结论 为： ①弯管变形过程使钢板的屈服强度有所降低，下降值与弯曲半径等因素有关，一 般不大于30MPa,这种变化可以用包兴格效应来解释。 ②弯管变形过程对其它常规机械性能无明显影响。 ③除管径<中250mm的情况以外，弯管变形对常温cOD值无明显影响。 (3)管线钢材的转变温度 用拉伸、(harpy v冲击、(OD和3DWTT对武钢生产的WH一X6O、西德进口的 WG一X60、及日本进口的TS一52K进行了试验。实验指出WH一X60韧脆转变温度为 一68~110°℃(COD),赶上西德产品，与国外抗低温管线用钢相当。WH一X60的上平 台能较高，即具有较高的止裂性能，超过TS一52K,说明WH一X60可用作输气管，当 管径为p720×12时，能保证止裂的最大工作压力高达11.4MPa。 (4)输油管爆破试验 全尺寸输油管的打击爆破试验指出，WH一X60管道的起裂转变温度为-75°℃，从 而建立和(3)项试验结果的经验关系。 .(5)WH一X60在3.5%Nacl水溶液中的疲劳断裂与深裂纹比较，浅裂纹在3.5% NaC1水溶液中疲劳裂纹扩展速率较大，门槛值明显下降。断口形貌在裂纹扩展前期以 171
浅裂纹 的△ 明显 比深裂纹 的 要低 ， 水介质使浅 裂纹△ 的下降 更 明 显 ， 而应 力比过载对浅裂 纹的△ 影响 较小 。 除局部应力集 中外 ， 净截面平 均应 力也明显影响缺 口疲劳裂 纹形 核 寿命 。 另外 ， 压 应力也能使缺 口诱发疲劳裂纹 。 氢致断裂 首次发现扭转应力 能引起氢致 开裂 ， 对低碳 钢和不锈钢 ， 它是氢促进蠕变的 结果 ， 对高强钢 则是氢在 “ 面富集引起 的 ， 导 出了测 重氢应变场 的公 式 ， 得到非 球 对称的结 论 ， 从而可定量解释上述 实验 。 从 理论 上证 明氢能促进位错 的增殖和运 动 ， 并 为一 系列 实 验所证 实 ， 如氢促进 钦 合 金 、 可伐 、 不 锈钢 和 钦 合 金的 定温蠕变及钦 合 金 的 应力 弛 豫 。 氢能导致滞 后型性变形 ， 对 一 单晶 ， 首次提 出氢促进 塑性变形 ， 从而促进解理 断裂导致氢脆 的机理 。 木项 目于 年 月由国家科委组 织 了集定 。 油气管道用钢材的韧性指标研究 北 京钢 铁 学院 理 化 系 、 数 力 系 按与石油部管道局签订 的协议 ， 完成 了下 列工作 全面的文献评 述 钢板 机械 性 能和焊管性能 的关系—弯若工艺过程 对钢 板 性能 的影响 。 结论 为 ① 弯管变 形过程使钢板的屈 服强度有所降低 ， 下降值与弯曲半径等因素 有关 ， 一 般不大于 ， 这种变化可 以用包 兴格效 应来解释 。 ② 弯管变形 过程 对其它常规机械性能无明显影响 。 ③ 除管径 叻 的情况 以外 ， 弯管变形 对常温 值无明显 影响 。 管线钢材的转变温 度 用拉伸 、 冲击 、 〔 和 对 武 钢 生 产 的 一 、 西德进 口 的 一 、 及 日本进 口 的 一 进 行 了试验 。 实验指 出 一 韧 脆 转 变 温度 为 一 “ ， 赶上西 德产品 ， 与 国外抗低 温管线用钢相 当 。 一 的上平 台能较高 ， 即具有较高的止裂性能 ， 超过 一 ， 说明 一 可用作输 气 管 ， 当 管径为价 时 ， 能保证止裂的最大工作压力 高达 输油管爆破试验 全尺寸输油管的打击爆破试验指 出 ， 一 管道 的起裂转变温 度为 一 ， 从 而 建立和 项试验结果的经 验关系 。 一 一 在 水 溶 液 中 的 疲劳断裂 与深裂 纹 比较 ， 浅裂 纹在 解 水溶液 中疲劳裂纹扩展速率较大 ， 门摊值明显下降 。 断 口 形貌在裂纹 扩 展 前期以