黄运华等：高强度低合金钢中纳米析出相对腐蚀行为影响的研究进展 327· 手Isnl 1.0 (a) 0.9 (b) 。一=0 0.8 -◆-=0.5mAcm2 1400 -=1.0mAcm2 1200 800 600 一=0 0.2 400 ◆-=0.5mAcm ▲-el.0mAcm2 0.1 200 0 0 0.020.040.06 0.08 0 0.020.04 0.06 0.08 Mass fraction of Nb/% Mass fraction of Nb/% 图6Nb含量对高强度低合金钢氢致滞后断裂性能影响网.()临界延迟断裂应力：(b)临界断裂应力下降率(i为电化学充氢电流密度) Fig.6 Delayed fracture strength of high-strength low-alloy steel with different Nb contentsl:(a)critical delayed fracture stress;(b)reduction rate of delayed fracture strength(i is the electrochemical hydrogen-charging current density) 出相与钢基体界面形核]此外，由于尺寸为几纳 的小角度晶界阻碍因此，要保证纳米析出相有 米(<10nm)的析出相对钢基体组织的均匀化作 效抑制氢鼓泡形核和扩展，必须严格控制其尺寸， 用，即使氢鼓泡已经在夹杂物或大尺寸析出相等 大尺寸的纳米析出相不仅不会起到抑制作用，反 位置完成形核过程，裂纹的扩展仍然可以被钢中 而会促进氢鼓泡的发生 (a) 450 b 12 0 400 10 300 8 250 6F nu 200 150 100 50 226nm 0 0 102030405060709809901000 1002003004005006007008009001000 NbC size,L/nm NbC size,L/nm 图7NbC纳米析出相尺寸对氢鼓泡影响啊(a)不同尺寸(L)NbC析出相界面处氢浓度(Coo,)与基体内可扩散氢浓度(Co)比值：(b)氢鼓泡裂纹 临界形核尺寸(D)与NbC析出相尺寸(L)关系 Fig.7 Influence of NbC size on the hydrogen blistering(a)ratio of hydrogen concentration at the NbC interfaces (C to diffusion hydrogen concentration in the matrix (Co)with NbC precipitate size;(b)critical size for blistering nucleation(D.)with NbC precipitate size(L) 虽然高强度低合金钢中的各类氢损伤发生的 加载频率、循环加载波形、应力集中状态等，材料 机理不尽相同，但都是氢在钢基体中扩散和富集 因素包括合金元素、强度和显微组织、表面状态 引起的.小尺寸的纳米析出相可以有效捕集氢、 等，环境因素包括腐蚀介质性质、温度、氧含量、 抑制氢的扩散并阻碍裂纹形核后扩展，起到提高 pH值等网 钢基体抗氢损伤的能力.提高基体抗氢损伤的效 腐蚀疲劳裂纹萌生及扩展的机理归根到底可 果和纳米析出相的尺寸、数量和分布状态有关，保 以归纳为阳极溶解和氢脆.研究表明，纳米析出相 持纳米析出相细小和弥散分布状态是提高高强度 对高强度低合金钢腐蚀及氢脆主要影响包括：改 低合金钢抗氢损伤能力的关键 善组织，降低晶格中的氢含量，减轻阳极溶解，抑 制表面耐蚀缺陷产生96：抑制阴极析氢反应，缓 5纳米析出相与腐蚀疲劳研究展望 解腐蚀坑底组织结构的选择性溶解及腐蚀初期产 腐蚀疲劳是金属材料在交变应力和腐蚀介质 物膜下蚀坑的形成：增加可逆和不可逆氢陷阱， 共同作用下发生的脆性断裂.高强度低合金钢腐 均匀化氢分布并减少可扩散氢浓度，降低局部氢 蚀疲劳的影响因素主要分为力学因素、材料因素 的富集6列：优化组织结构，降低原奥氏体晶界尺寸 和腐蚀环境因素，其中力学因素包括应力比、循环 并提高小角晶界比例，阻碍裂纹扩展]据此可推出相与钢基体界面形核[93] . 此外，由于尺寸为几纳 米（< 10 nm）的析出相对钢基体组织的均匀化作 用，即使氢鼓泡已经在夹杂物或大尺寸析出相等 位置完成形核过程，裂纹的扩展仍然可以被钢中 的小角度晶界阻碍[93] . 因此，要保证纳米析出相有 效抑制氢鼓泡形核和扩展，必须严格控制其尺寸， 大尺寸的纳米析出相不仅不会起到抑制作用，反 而会促进氢鼓泡的发生. NbC size, L/nm NbC size, L/nm 226 nm (C(001) /C0)/10−4 0 (a) 0 Critical crack nucleation size, Dc/nm 0 (b) 0 450 400 350 300 250 200 150 100 50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 12 10 8 6 4 2 10 20 30 40 50 60 70 980 9901000 Dc=L 图 7    NbC 纳米析出相尺寸对氢鼓泡影响[93] . （a）不同尺寸（L）NbC 析出相界面处氢浓度（C(001)）与基体内可扩散氢浓度（C0）比值；（b）氢鼓泡裂纹 临界形核尺寸（Dc）与 NbC 析出相尺寸（L）关系 Fig.7     Influence  of  NbC  size  on  the  hydrogen  blistering[93] :  (a)  ratio  of  hydrogen  concentration  at  the  NbC  interfaces  (C(001))  to  diffusion  hydrogen concentration in the matrix (C0 ) with NbC precipitate size; (b) critical size for blistering nucleation (Dc ) with NbC precipitate size (L) 虽然高强度低合金钢中的各类氢损伤发生的 机理不尽相同，但都是氢在钢基体中扩散和富集 引起的. 小尺寸的纳米析出相可以有效捕集氢、 抑制氢的扩散并阻碍裂纹形核后扩展，起到提高 钢基体抗氢损伤的能力. 提高基体抗氢损伤的效 果和纳米析出相的尺寸、数量和分布状态有关，保 持纳米析出相细小和弥散分布状态是提高高强度 低合金钢抗氢损伤能力的关键. 5    纳米析出相与腐蚀疲劳研究展望 腐蚀疲劳是金属材料在交变应力和腐蚀介质 共同作用下发生的脆性断裂. 高强度低合金钢腐 蚀疲劳的影响因素主要分为力学因素、材料因素 和腐蚀环境因素，其中力学因素包括应力比、循环 加载频率、循环加载波形、应力集中状态等，材料 因素包括合金元素、强度和显微组织、表面状态 等，环境因素包括腐蚀介质性质、温度、氧含量、 pH 值等[94] . 腐蚀疲劳裂纹萌生及扩展的机理归根到底可 以归纳为阳极溶解和氢脆. 研究表明，纳米析出相 对高强度低合金钢腐蚀及氢脆主要影响包括：改 善组织，降低晶格中的氢含量，减轻阳极溶解，抑 制表面耐蚀缺陷产生[59−61] ；抑制阴极析氢反应，缓 解腐蚀坑底组织结构的选择性溶解及腐蚀初期产 物膜下蚀坑的形成[76] ；增加可逆和不可逆氢陷阱， 均匀化氢分布并减少可扩散氢浓度，降低局部氢 的富集[67] ；优化组织结构，降低原奥氏体晶界尺寸 并提高小角晶界比例，阻碍裂纹扩展[49] . 据此可推 Mass fraction of Nb/% Critical delayed fractur estress/MPa 0.06 i=0 i=0.5 mA·cm2 i=1.0 mA·cm2 i=0 i=0.5 mA·cm2 i=1.0 mA·cm2 0 0.08 (a) 0.02 0.04 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Mass fraction of Nb/% Reduction rate/ % 0 0.06 0.08 (b) 0.02 0.04 1.0 0.9 0.8 0.6 0.7 0.5 0.4 0.3 0.1 0.2 0 图 6    Nb 含量对高强度低合金钢氢致滞后断裂性能影响[87] . （a）临界延迟断裂应力；（b）临界断裂应力下降率（i 为电化学充氢电流密度） Fig.6    Delayed fracture strength of high-strength low-alloy steel with different Nb contents[87] : (a) critical delayed fracture stress; (b) reduction rate of delayed fracture strength (i is the electrochemical hydrogen-charging current density) 黄运华等： 高强度低合金钢中纳米析出相对腐蚀行为影响的研究进展 · 327 ·