章小峰等：Fe-M-(A)-C高强韧性钢氢脆微观机制的研究进展 955· 表4钢中H的激活能值 Table 4 Activation energy values of H in steel Trap site Steel Activation energy/(kJ-mol-) References Grain boundary Pure iron 17 [50-51] Elastic field of edge dislocation Pure iron Martensitic steel Austenitic steel 27-35 [50-52] Micro-void Pure iron 35 [50-51] 23 twin boundary Austenitic steel 62 [51-52] Dislocation core Martensitic steel 58 [51,53] k-carbides Austenitic steel 76-80 [5] 表5BCC、FCC和HCP品体中不同位置的氢形成能 Table5 Formation energy of H in different sites of BCC.FCC.and HCP Fe crystal Type of crystal T-site/O-site/ Formation energy of Formation energy of T-site near a single O-site near s single structure ev ev substitutional /eV vacancy /eV vacancy /eV vacancy /eV BCC -3.17 一 2.61 2.44 -3.24 FCC -2.68-3.24 2.39 -3.705 -3.717 HCP -2.79-3.30 Coherent primary 2 twin boundary Slip lines Step formation 3) Hyd 4) Stres 5)、 on H Crack 图8缺陷形成、氢偏析、李生应力集中和开裂的顺序过程示意图纠 Fig Schematic of the sequential process of defect formation,hydrogen segregation,twinning-induced stress concentration,and cracking (a) (b) Crack Defomation twinnin Triple junction of grain boundaries 10μm I um 图9三叉品界与变形李品界的裂纹起源调()三叉晶界：(b)变形孪品界 Fig Crack initiation from a triple junction of grain boundaries and a grain boundary intercepting deformation twinning (a)a triple junction of the grain boundaries;(b)a grain boundary intercepting deformation twinning Casillas等s阿利用像差校正扫描透射显微镜， 和带缺口试样进行拉伸发现，纳米孪晶对阻止位 揭示了某含AI高Mn TWIP钢的李晶不仅可以通 错滑动、抑制裂纹萌生扩展有显著影响，延迟了 过本征层错形核，还通过高应变拉伸证明了非本 裂纹发生的时间，如图10所示. 征层错作为李晶形核的可行性，Khedr等s对 对Fe-18Mn-O.6C-1.5Al钢的充氢实验表明57： Fe-12.5Mn-1.2C钢的研究表明：经过冷轧后闪速 添加质量分数1.5%A1(简称1.5A1)不会显著影响 退火，奥氏体基体中获得一定数量的纳米孪品，提 TWIP钢的氢脆性能，但含AI的TWIP钢能够抑制 高了抗HE性能.通过对充氢冷轧样品进行预拉伸 氢进入并具有较大的总延伸率，提高了杯形试样Casillas 等[55] 利用像差校正扫描透射显微镜， 揭示了某含 Al 高 Mn TWIP 钢的孪晶不仅可以通 过本征层错形核，还通过高应变拉伸证明了非本 征层错作为孪晶形核的可行性 . Khedr 等 [56] 对 Fe−12.5Mn−1.2C 钢的研究表明：经过冷轧后闪速 退火，奥氏体基体中获得一定数量的纳米孪晶，提 高了抗 HE 性能. 通过对充氢冷轧样品进行预拉伸 和带缺口试样进行拉伸发现，纳米孪晶对阻止位 错滑动、抑制裂纹萌生/扩展有显著影响，延迟了 裂纹发生的时间，如图 10 所示. 对 Fe−18Mn−0.6C−1.5Al 钢的充氢实验表明[57] ： 添加质量分数 1.5%Al（简称 1.5Al）不会显著影响 TWIP 钢的氢脆性能，但含 Al 的 TWIP 钢能够抑制 氢进入并具有较大的总延伸率，提高了杯形试样 表 4 钢中 H 的激活能值 Table 4 Activation energy values of H in steel Trap site Steel Activation energy/(kJ·mol−1) References Grain boundary Pure iron 17 [50−51] Elastic field of edge dislocation Pure iron Martensitic steel Austenitic steel 27–35 [50−52] Micro-void Pure iron 35 [50−51] Σ3 twin boundary Austenitic steel 62 [51−52] Dislocation core Martensitic steel 58 [51, 53] k-carbides Austenitic steel 76–80 [51] 表 5  BCC、FCC 和 HCP 晶体中不同位置的氢形成能 Table 5 Formation energy of H in different sites of BCC, FCC, and HCP Fe crystal Type of crystal structure T-site/ eV O-site/ eV Formation energy of substitutional /eV Formation energy of vacancy /eV T-site near a single vacancy /eV O-site near s single vacancy /eV BCC −3.17 — 2.61 2.44 — −3.24 FCC −2.68 −3.24 2.39 −3.705 −3.717 HCP −2.79 −3.30 1) 2) 3) 4) 5) H H H H H H Coherent primary twin boundary Step formation Hydrogen localization Stress concentration Secondary twins Slip lines Crack 图 8    缺陷形成、氢偏析、孪生应力集中和开裂的顺序过程示意图[13, 54] Fig.8    Schematic of the sequential process of defect formation, hydrogen segregation, twinning-induced stress concentration, and cracking[13, 54] (a) (b) Tensile direction Tensile axis Triple junction of grain boundaries 10 μm 1 μm Defomation twinning Deformation twinning Crack 图 9    三叉晶界与变形孪晶界的裂纹起源[38] . （a）三叉晶界；（b）变形孪晶界 Fig.9    Crack initiation from a triple junction of grain boundaries and a grain boundary intercepting deformation twinning[38] : (a) a triple junction of the grain boundaries；(b) a grain boundary intercepting deformation twinning 章小峰等： Fe−Mn−(Al)−C 高强韧性钢氢脆微观机制的研究进展 · 955 ·