Vol.21 No.I 李晓刚等：氢蚀程度对钢疲劳断裂性能的影响 ·35· 严重和平坦的疲劳断口未引起闭合效应所致.碳 而断裂韧性随氢蚀程升高度而降低；得到20G钢 钢的疲劳辉纹之间和晶界有明显的不规则台阶 不同HA与其门槛值和的关系图，为临氢构件寿 和沟，说明由于氢蚀裂纹扩展变得非常弯曲，引 命预测及工件载荷确定提供了重要依据， 起了较大的闭合效应.而CrMo钢的疲劳断口全 (3)氢蚀对碳钢和CMo钢的疲劳性能都有 是穿晶的周期解理断口，裂纹扩展路径平直，没 较大的影响，碳钢是由于材料损伤作用和氢蚀造 有引起闭合效应，因此，随氢蚀程度的变化，门槛 成的裂纹表面引起的闭合效应增加二者共同作 值的下降和裂纹扩展速率的增加完全是由于氢 用的结果 损伤造成的， (4)应力比对氢蚀后碳钢的疲劳性能有很大 33氢蚀对断裂韧性的影响 的影响，应力比增加，门槛值随氢蚀温度的升高 20G的δ。，Kc随氢蚀温度升高而单调降低， 而下降幅度较大，而裂纹扩展速度明显增加. 未出现门槛值那样的变化情况，是由于氢蚀对材 (5)随氢蚀温度升高，断裂机制由韧性向脆 料的损伤作用和材料失稳断裂时，裂纹尖端始终 性转变. 处于张开状态从而闭合效应为零所致.断口扫描 参考文献 发现，随氢蚀程度增加，晶界裂纹增大，断裂脆性 升高；在300℃氢蚀条件下，局部出现准解理断 1李晓刚.氢蚀机理与检测技术研究：[博士学位论文].沈 裂，但仍具有明显的韧性断裂特征；在350℃氢蚀 阳：中国科学院金属腐蚀与防护研究所，1994 条件下，断口具有明显的脆性特征但在两个准解 2李晓刚.氢蚀程度对钢疲劳断裂性能的影响与炉管剩 理面之间形成撕裂棱；在400,480℃的氢蚀条件 余寿命评估：[博士后出站报告]，沈阳：中国科学院金 属研究所，1997 下断口完全是解理断裂，但在400℃氢蚀条件下 3、郦建立，氢蚀程度对钢机械性能的影响：[硕士学位论 解理面之间是由较矮的撕裂棱. 文].沈阳：中国科学院金属腐蚀与防护研究所，1996 4结论 4余宗森钢的高温氢腐蚀.北京：化学工业出版社， 1987.240 (1)随氢蚀程度增加，20G钢抗拉强度和塑性 5 Natan M,Johnson HH.A Experimental Investigation 降低明显，CMo钢抗拉强度略有降低，塑性变化 of the Internal Methane Pressure in Hgdrogen 不大，可用抗拉强度的变化率HA来表示氢蚀程 Attack.Metal Trans,1983,14A:963 度 6姚京，褚武扬，肖继美，稳定型奥氏不锈钢的氢致滞后 开裂.金属学报，1984(2)：260 (2)氢蚀使20G钢的门槛值有一个最小值， 7陈南平.脆性失效分析.北京：清华大学出版社，1993 Effect of Hydrogen Attack on Fatigue and Fracture Behaviour of Steels Li Xiaogang,Ke Wei,Qiao Lijie, 1)Matenral Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083.China 2)linstitute of Corrosion and Protection of Metals,Academia Sinica,Liaoning,Shenyang 110015 ABSTRACT The effect of hydrogen attack caused by exposure to hydrogen atmosphere at different temperatures and time on mechanical properties,fatigue crack growth behavior and fracture mecha- nism for Chinese made steels 20G,15CrMo and 2.25Cr-IMo were studied.The microstructure after hydrogen attack and the propagation path of fatigue crack have been observed by optical and electri- cal microscopy.The tensile tests showed that tensile strength and ductility decreased considerably with increasing of hydrogen attack.The COD testing indicated that fracture toughness material.The 2.25Cr-1Mo steel showed a lower susceptibility to hydrogen attack due to the action of element Cr and Mo,not resulting in a significant change in fatigue crack behaviour.It is suggested that the increase in the threshold K value could be attributed to the crack closure effect caused by the tortu- ous cracking path. KEY WORDS hydrogen attack;fatigue;fracture toughness;fracture mechanism李晓刚等 氢蚀程度对钢疲 劳断裂性能的影 响 严重 和 平坦 的疲 劳 断 口 未 引起 闭合效应所 致 碳 钢 的疲 劳 辉 纹 之 间 和 晶 界 有 明 显 的 不 规则 台 阶 和 沟 ， 说 明 由于 氢 蚀 裂 纹 扩 展 变 得 非 常 弯 曲 ， 引 起 了较 大 的 闭合 效 应 而 钢 的疲 劳 断 口 全 是 穿 晶 的 周 期 解 理 断 口 ， 裂 纹 扩 展 路 径 平 直 ， 没 有 引起 闭合 效 应 ， 因 此 ， 随 氢 蚀 程 度 的 变 化 ， 门槛 值 的 下 降 和 裂 纹 扩 展 速 率 的增 加 完 全 是 由于 氢 损 伤造 成 的 氢蚀对断裂韧性 的影 响 的占 。 、 戈 。 随 氢 蚀 温 度 升 高而 单调 降低 ， 未 出现 门槛值那 样 的变 化 情 况 ， 是 由于 氢蚀 对材 料 的损伤作用 和 材 料 失稳 断裂 时 ， 裂 纹 尖端始终 处于 张 开状 态 从 而 闭合效 应 为零 所 致 断 口 扫描 发现 ， 随氢蚀 程 度 增 加 ， 晶界 裂 纹 增 大 ， 断裂 脆性 升 高 在 ℃ 氢 蚀 条 件 下 ， 局 部 出 现 准 解 理 断 裂 ， 但仍具 有 明显 的韧性 断裂 特 征 在 ℃ 氢蚀 条件下 ， 断 口 具 有 明显 的脆性 特 征但在 两 个 准解 理 面 之 间形 成 撕裂 棱 在 ， ℃ 的 氢蚀 条件 下 断 口 完全 是 解 理 断 裂 ， 但 在 ℃ 氢蚀 条件 下 解理面之 间是 由较矮 的撕裂棱 而 断裂 韧性 随氢蚀程 升高度 而 降低 得 到 钢 不 同 与其 门槛值 和 的 关 系 图 ， 为 临 氢构件 寿 命预测 及 工件载荷确定 提供 了重要 依 据 氢蚀 对碳 钢 和 钢 的疲 劳性 能都 有 较 大 的影 响 碳 钢是 由于 材料 损 伤作 用 和 氢蚀造 成 的 裂 纹 表 面 引起 的 闭合效 应 增 加 二 者 共 尚作 用 的结果 应 力 比对氢蚀 后 碳 钢 的疲劳性 能有 很大 的 影 响 ， 应 力 比增 加 ， 门槛 值 随 氢蚀 温 度 的 升 高 而 下 降幅度 较大 ， 而裂 纹扩展 速度 明显增加 随 氢 蚀 温 度 升高 ， 断裂 机 制 由韧 性 向脆 性 转变 参 考 文 献 结论 随氢蚀程度增 加 ， 钢抗拉强度 和 塑性 降低 明显 ， 钢抗 拉 强 度 略有 降低 ， 塑性 变化 不 大 ， 可 用 抗 拉 强 度 的变化 率 来 表示 氢蚀 程 度 氢蚀 使 钢 的 门槛 值有 一 个 最 小 值 ， 李 晓刚 氢蚀机理 与检测技术研究 博士 学位论文 沈 阳 中国科学 院金属腐蚀 与防护研究所 ， 李 晓刚 氢蚀程 度 对钢疲 劳 断裂性 能的影 响 与 炉 管剩 余 寿命评估 博士后 出站报告 沈 阳 中国科学 院金 属研究所 ， 、 哪建立 氢蚀程 度对钢 机械性 能 的影 响 硕 士 学位论 文 沈 阳 中国科学 院金属腐蚀与 防护研究所 ， 余 宗 森 钢 的 高 温 氢 腐 蚀 北 京 化 学 工 业 出 版 社 ， ， 〔 。 创刁 ， ， 姚京 ， 褚武扬 ， 肖继美 稳定 型 奥 氏不 锈钢 的氢 致滞后 开裂 金属学报 ， 陈南平 脆性失效分析 北京 清华大学 出版社 ， “ 口 ， ， 肠 ， ， 乙 ‘ ， ， ， ， ， 而 苗 ， ， ， 一 勿 “ ， 雌 勿 丘