322 工程科学学报，第43卷，第3期 crystal deposition.The fine and(semi-)coherent precipitate in the steel matrix can significantly improve not only the corrosion resistance by refining the microstructure (including the substructure)but also the resistance to hydrogen-induced damage by acting as an irreversible hydrogen-trapping site and strongly restraining hydrogen diffusion.However,incoherent precipitates with a large size would deteriorate the corrosion resistance because of the loss of microstructure optimization.Finally,this study forecasts the influence of nanosized precipitate on fatigue corrosion of high-strength low-alloy steels,which has not been investigated in previous studies.The optimization of the corrosion resistance of high-strength low-alloy steels can be achieved by controlling the nanosized precipitates. Clarifying the influence of nanosized precipitate on corrosion behavior would contribute significantly to the development of high-quality high-strength low-alloy steels. KEY WORDS high-strength low-alloy steels;nanosized precipitate;hydrogen diffusion;corrosion behavior:hydrogen-induced damage 新一代高强度低合金钢是在普通低合金钢的 高强度低合金钢腐蚀的影响具有双重性，在实际 基础上通过微合金化并结合先进控轧控冷工艺 服役条件下钢基体的腐蚀行为是多种机制综合作 (或称为热机械控制工艺，TMCP)得到的一类性能 用的结果 优异的工程结构钢，目前已广泛应用于海洋平台、桥 本文基于国内外研究现状，系统阐述了纳米 梁建筑、石油化工和工程机械等各类工程领域- 析出相在高强度低合金钢中的存在形态及其对氢 高强度低合金钢微合金化的基本思路是通过添加 扩散、均匀腐蚀、应力腐蚀以及各类氢损伤等腐 一定量的强碳氨化合物形成元素Nb、V和Ti等在 蚀行为的影响，最后对目前关注和研究较少的腐 钢基体中生成大量弥散分布的纳米析出相).这 蚀疲劳问题进行了展望，以期总结高强度低合金 些弥散分布的纳米析出相对位错和晶界有着强烈 钢中纳米析出相对腐蚀行为的影响规律和机制， 的钉扎效应，可以起到细晶强化和析出强化的作 为相关微合金化成分设计和生产工艺的制定提供 用阿因此，纳米析出相的引入使钢基体在较低的 理论依据和数据支撑，进一步推动更高品质高强 碳当量下具有较高的强韧性和易焊接性，是高强 度低合金钢的研发和应用 度低合金钢的核心强韧化机制 1纳米析出相存在形态及其对钢中氢扩散 高强度低合金钢往往服役于高载荷和具有腐 的影响 蚀性的环境中，这对其耐蚀性提出了较高的要求可 钢中起强化作用的弥散分布纳米析出相通过细化 1.1纳米析出相存在形态 晶粒、使组织均匀化并降低内应力，在一定程度上 高强度低合金钢中的纳米析出相主要是Nb、 提升了钢基体的耐蚀性能⑧)同时，弥散分布的 V和T等微合金化元素的碳氮化合物，它们的尺 纳米析出相还可以形成大量氢陷阱，阻碍氢的扩 寸、数量和分布状态与钢基体的组织性能密切相 散与聚集，改善钢基体抗氢损伤的能力然而， 关.根据钢中第二相粒子析出强化机制，析出强化 金属材料的腐蚀一般优先萌生于析出相或夹杂物 效果与第二相粒子尺寸成反比，即第二相尺寸越 等敏感位置-四)作为钢基体中的第二相，部分尺 小，析出强化效果越好叨为使碳氨化物析出相对 寸较大的纳米析出相也有可能成为诱发腐蚀萌生 晶界和位错有强烈钉扎作用，往往需要将其尺寸 的活性点]与阳极性析出相不同，微合金化元素 控制在10nm以内以获得良好的力学性能B181叭，较 Nb、V和Ti的碳氨化物在钢中为阴极性析出相， 大尺寸的第二相颗粒则会恶化钢基体耐蚀性能0 理论上可以与基体构成腐蚀微电池并持续促进基 获得细小且弥散分布的纳米析出相需要通过合理 体的阳极溶解，缺陷位置甚至有可能进一步诱发 的合金元素成分设计并配合一定的控轧控冷工艺21-2四 应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳，这在一定程度上限制 无论是轧制过程中的形变诱导析出还是热处理过 了高强度低合金钢的开发与应用46.因此，高强 程中的相变诱导析出，高强度低合金钢中碳氮化 度低合金钢中细小弥散的析出相虽然可以起到较 合物的析出过程都是系统自由能降低过程.纳米 好的细品强化和析出强化作用，但其在腐蚀过程 析出相形核的主要阻力是表面能，形核初期及最 中往往涉及应力场、氢陷阱、自身阴极相等既可 终的细小纳米析出相与基体间通常保持表面能较 能增强局部腐蚀，又可能减弱氢活化、阻碍裂纹扩 低而晶格畸变能较高的共格关系，如图1所示2) 展等诸多相互对立的作用因素.即纳米析出相对 钢中的细小共格析出相会随高温保温时间的crystal deposition. The fine and (semi-)coherent precipitate in the steel matrix can significantly improve not only the corrosion resistance by  refining  the  microstructure  (including  the  substructure)  but  also  the  resistance  to  hydrogen-induced  damage  by  acting  as  an irreversible hydrogen-trapping site and strongly restraining hydrogen diffusion. However, incoherent precipitates with a large size would deteriorate  the  corrosion  resistance  because  of  the  loss  of  microstructure  optimization.  Finally,  this  study  forecasts  the  influence  of nanosized precipitate on fatigue corrosion of high-strength low-alloy steels, which has not been investigated in previous studies. The optimization  of  the  corrosion  resistance  of  high-strength  low-alloy  steels  can  be  achieved  by  controlling  the  nanosized  precipitates. Clarifying the influence of nanosized precipitate on corrosion behavior would contribute significantly to the development of high-quality high-strength low-alloy steels. KEY  WORDS    high-strength  low-alloy  steels； nanosized  precipitate； hydrogen  diffusion； corrosion  behavior； hydrogen-induced damage 新一代高强度低合金钢是在普通低合金钢的 基础上通过微合金化并结合先进控轧控冷工艺 （或称为热机械控制工艺，TMCP）得到的一类性能 优异的工程结构钢，目前已广泛应用于海洋平台、桥 梁建筑、石油化工和工程机械等各类工程领域[1−2] . 高强度低合金钢微合金化的基本思路是通过添加 一定量的强碳氮化合物形成元素 Nb、V 和 Ti 等在 钢基体中生成大量弥散分布的纳米析出相[3−5] . 这 些弥散分布的纳米析出相对位错和晶界有着强烈 的钉扎效应，可以起到细晶强化和析出强化的作 用[6] . 因此，纳米析出相的引入使钢基体在较低的 碳当量下具有较高的强韧性和易焊接性，是高强 度低合金钢的核心强韧化机制. 高强度低合金钢往往服役于高载荷和具有腐 蚀性的环境中，这对其耐蚀性提出了较高的要求[7] . 钢中起强化作用的弥散分布纳米析出相通过细化 晶粒、使组织均匀化并降低内应力，在一定程度上 提升了钢基体的耐蚀性能[8−9] . 同时，弥散分布的 纳米析出相还可以形成大量氢陷阱，阻碍氢的扩 散与聚集，改善钢基体抗氢损伤的能力[10] . 然而， 金属材料的腐蚀一般优先萌生于析出相或夹杂物 等敏感位置[11−12] . 作为钢基体中的第二相，部分尺 寸较大的纳米析出相也有可能成为诱发腐蚀萌生 的活性点[13] . 与阳极性析出相不同，微合金化元素 Nb、V 和 Ti 的碳氮化物在钢中为阴极性析出相， 理论上可以与基体构成腐蚀微电池并持续促进基 体的阳极溶解，缺陷位置甚至有可能进一步诱发 应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳，这在一定程度上限制 了高强度低合金钢的开发与应用[14−16] . 因此，高强 度低合金钢中细小弥散的析出相虽然可以起到较 好的细晶强化和析出强化作用，但其在腐蚀过程 中往往涉及应力场、氢陷阱、自身阴极相等既可 能增强局部腐蚀，又可能减弱氢活化、阻碍裂纹扩 展等诸多相互对立的作用因素. 即纳米析出相对 高强度低合金钢腐蚀的影响具有双重性，在实际 服役条件下钢基体的腐蚀行为是多种机制综合作 用的结果. 本文基于国内外研究现状，系统阐述了纳米 析出相在高强度低合金钢中的存在形态及其对氢 扩散、均匀腐蚀、应力腐蚀以及各类氢损伤等腐 蚀行为的影响，最后对目前关注和研究较少的腐 蚀疲劳问题进行了展望，以期总结高强度低合金 钢中纳米析出相对腐蚀行为的影响规律和机制， 为相关微合金化成分设计和生产工艺的制定提供 理论依据和数据支撑，进一步推动更高品质高强 度低合金钢的研发和应用. 1    纳米析出相存在形态及其对钢中氢扩散 的影响 1.1    纳米析出相存在形态 高强度低合金钢中的纳米析出相主要是 Nb、 V 和 Ti 等微合金化元素的碳氮化合物，它们的尺 寸、数量和分布状态与钢基体的组织性能密切相 关. 根据钢中第二相粒子析出强化机制，析出强化 效果与第二相粒子尺寸成反比，即第二相尺寸越 小，析出强化效果越好[17] . 为使碳氮化物析出相对 晶界和位错有强烈钉扎作用，往往需要将其尺寸 控制在 10 nm 以内以获得良好的力学性能[3, 18−19] ，较 大尺寸的第二相颗粒则会恶化钢基体耐蚀性能[20] . 获得细小且弥散分布的纳米析出相需要通过合理 的合金元素成分设计并配合一定的控轧控冷工艺[21−22] . 无论是轧制过程中的形变诱导析出还是热处理过 程中的相变诱导析出，高强度低合金钢中碳氮化 合物的析出过程都是系统自由能降低过程. 纳米 析出相形核的主要阻力是表面能，形核初期及最 终的细小纳米析出相与基体间通常保持表面能较 低而晶格畸变能较高的共格关系，如图 1 所示[23] . 钢中的细小共格析出相会随高温保温时间的 · 322 · 工程科学学报，第 43 卷，第 3 期