·1424· 工程科学学报，第38卷，第10期 度的提高，钢的氢脆敏感性增加，容易产生脆性断裂的 危险.铌合金化是钢实现强韧化的重要途径，铌合金 1实验材料及实验方法 化可以同时实现细晶强化和析出强化两种效果，可以 1.1实验材料 同时提高钢的强度和韧性B.同时由于N元素在钢 实验钢采用50kg真空感应炉冶炼.板坯被再加 中低的溶解度及固溶平衡温度，N元素相比其他碳化 热至1250℃保温1h,然后热轧至3.5mm厚.热轧终 物元素具有更强的析出强化效果，所以人们对Nb合 轧温度约为850℃，冷却到600℃左右卷取，炉冷至室 金化的研究越来越多可.以往有研究Nb含量对氢脆 温，酸洗后冷轧成厚度为1.4mm的冷轧钢板.实验钢 敏感性的影响，但是实际生产中热轧工艺及热处理工 被命名为P1和P2,它们具有相同的设计成分，如表1 艺对N元素的析出行为会产生巨大的影响s可.如果 所示，不同在于P1钢的开轧温度为1000℃，P2钢的开 没有采用合适的热处理工艺，会造成b元素的浪费， 轧温度为950℃.热处理工艺为加热到950℃，保温3 而且也不能发挥Nb元素应有的作用.本文重点研究 min,用平板模热成型（淬火）.利用线切割在热成型板 开轧温度对Nb微合金化热成型钢的氢致延迟开裂性 上进行恒载荷拉伸样和氢渗透，试样示意图如图1 能的影响 所示 表1实验钢的化学成分（质量分数） Table 1 Component of experiment steel 号 钢 为 Mn P Nb T B Cr Mo (P1,2) 0.30 0.24 1.60 ≤0.015 ≤0.0020.04 0.05 0.020.0025 0.20 0.0050.0010 b 描电镜显微图，图2（©）是P1钢的原奥氏体晶粒：图2 (d)是P2的金相组织，图2(e)是P2钢的扫描电镜图， 图2()是P2钢的原奥氏体晶粒.从图2可以看出，P1 钢和P2钢都是板条马氏体，但是P2钢的马氏体组织 更加细小.按照GB/T6394一2002晶粒度测量标准， 采用直线截点法，任意选取五个视场，选择适当的长度 图1恒载荷试样(a)和氢渗透试样(b)(单位：mm) 和放大倍数，以保证至少获得50个截点.为获得合理 Fig.1 Specimens for tensile test under constant load (a)and hydro- gen permeation test (b)(unit:mm) 的平均值，每个样品随机统计15条直线进行测量.经 计算发现P1钢的原奥氏体晶粒尺寸大致为17.3m; 1.2实验方法 经计算发现P2钢的原奥氏体晶粒尺寸大致为7.3 在室温下将恒载荷拉伸试样加载载荷，在0.5mol· μm.值得注意的是P1钢中的析出物尺寸较大，在扫 L1H,S0,+0.25gL硫脲溶液中电化学动态充氢， 描电镜照片中可以观察到，如图2(b)所示：而P2钢在 充氢电流分别为0、0.5和1.0mA·cm2.记录拉伸试 扫描电镜下观察不到析出物.表2是实验钢的力学性 样的断裂时间()与断裂应力（σ）关系，由不同σH曲 能。其中R。2为屈服强度，R为抗拉强度，A为伸长率，A 线获得不同电流i下的临界应力σmc·将氢渗透试样 为冲击韧性.可以看出P2钢的强度高，冲击韧性好 双面抛光镀镍，在双电解池的氢渗透装置上测定氢在 表2实验钢的力学性能 钢中的表观扩散系数.充氢电流为0.5mA·cm2.表 Table 2 Mechanical properties of the steels 观扩散系数： 编号 R0.2/MPa R/MPa A/% A:小（室温） D =L/15T (1) PI 1152 1788 4.2 67.5 式中，L为氢渗透试样厚度，T为穿透时间@.金相试 2 1154 1844 4.6 60 样分别用3%硝酸乙醇溶液和饱和的苦味酸溶液进行 浸湿，观察利用Olympus BC51M型光学显微镜观察晶 2.2 动态充氢恒载荷 粒尺寸和微观组织.拉伸试验机测定实验钢的拉伸力 动态充氢恒载荷的曲线如图3所示.当充氢电流 学性能.利用透射显微镜观察析出相. 为零时，试样钢全部发生腐蚀现象，因此恒载荷曲线一 2实验结果 直下降.充氢电流为零时，P1钢的临界载荷为780 MPa,P2钢的临界载荷为840MPa;充氢电流为0.5mA· 2.1微观组织与力学性能 cm2时，P1钢的临界载荷为370MPa,P2钢的临界载 利用光学显微镜和扫描电镜分析实验钢的组织形 荷为610MPa:充氢电流为1mA·cm2时，P1钢的临界 貌.图2(a)是P1钢的金相组织，图2(b)是PI钢的扫 载荷为190MPa,P2钢的临界载荷为520MPa.值得注工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 度的提高，钢的氢脆敏感性增加，容易产生脆性断裂的 危险． 铌合金化是钢实现强韧化的重要途径，铌合金 化可以同时实现细晶强化和析出强化两种效果，可以 同时提高钢的强度和韧性［3--5］． 同时由于 Nb 元素在钢 中低的溶解度及固溶平衡温度，Nb 元素相比其他碳化 物元素具有更强的析出强化效果，所以人们对 Nb 合 金化的研究越来越多［4--7］． 以往有研究 Nb 含量对氢脆 敏感性的影响，但是实际生产中热轧工艺及热处理工 艺对 Nb 元素的析出行为会产生巨大的影响［8--9］． 如果 没有采用合适的热处理工艺，会造成 Nb 元素的浪费， 而且也不能发挥 Nb 元素应有的作用． 本文重点研究 开轧温度对 Nb 微合金化热成型钢的氢致延迟开裂性 能的影响． 1 实验材料及实验方法 1. 1 实验材料 实验钢采用 50 kg 真空感应炉冶炼． 板坯被再加 热至 1250 ℃保温 1 h，然后热轧至 3. 5 mm 厚． 热轧终 轧温度约为 850 ℃，冷却到 600 ℃ 左右卷取，炉冷至室 温，酸洗后冷轧成厚度为 1. 4 mm 的冷轧钢板． 实验钢 被命名为 P1 和 P2，它们具有相同的设计成分，如表 1 所示，不同在于 P1 钢的开轧温度为1000 ℃，P2 钢的开 轧温度为 950 ℃ ． 热处理工艺为加热到 950 ℃，保温 3 min，用平板模热成型( 淬火) ． 利用线切割在热成型板 上进行恒载荷拉伸样和氢渗透，试样示意图 如 图 1 所示． 表 1 实验钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Component of experiment steel % 钢 C Si Mn P S Al Nb Ti B Cr Mo V ( P1，P2) 0. 30 0. 24 1. 60 ≤0. 015 ≤0. 002 0. 04 0. 05 0. 02 0. 0025 0. 20 0. 005 0. 0010 图 1 恒载荷试样( a) 和氢渗透试样( b) ( 单位: mm) Fig． 1 Specimens for tensile test under constant load ( a) and hydro￾gen permeation test ( b) ( unit: mm) 1. 2 实验方法 在室温下将恒载荷拉伸试样加载载荷，在 0. 5 mol· L － 1 H2 SO4 + 0. 25 g·L － 1硫脲溶液中电化学动态充氢， 充氢电流分别为 0、0. 5 和 1. 0 mA·cm － 2 ． 记录拉伸试 样的断裂时间( t) 与断裂应力( σ) 关系，由不同 σ--t 曲 线获得不同电流 i 下的临界应力 σHIC ． 将氢渗透试样 双面抛光镀镍，在双电解池的氢渗透装置上测定氢在 钢中的表观扩散系数． 充氢电流为 0. 5 mA·cm － 2 ． 表 观扩散系数: Dap = L2 /15Tb ． ( 1) 式中，L 为氢渗透试样厚度，Tb为穿透时间［10］． 金相试 样分别用 3% 硝酸乙醇溶液和饱和的苦味酸溶液进行 浸湿，观察利用 Olympus BC51M 型光学显微镜观察晶 粒尺寸和微观组织． 拉伸试验机测定实验钢的拉伸力 学性能． 利用透射显微镜观察析出相． 2 实验结果 2. 1 微观组织与力学性能 利用光学显微镜和扫描电镜分析实验钢的组织形 貌． 图 2( a) 是 P1 钢的金相组织，图 2( b) 是 P1 钢的扫 描电镜显微图，图 2( c) 是 P1 钢的原奥氏体晶粒; 图 2 ( d) 是 P2 的金相组织，图 2( e) 是 P2 钢的扫描电镜图， 图 2( f) 是 P2 钢的原奥氏体晶粒． 从图 2 可以看出，P1 钢和 P2 钢都是板条马氏体，但是 P2 钢的马氏体组织 更加细小． 按照 GB / T 6394—2002 晶粒度测量标准， 采用直线截点法，任意选取五个视场，选择适当的长度 和放大倍数，以保证至少获得 50 个截点． 为获得合理 的平均值，每个样品随机统计 15 条直线进行测量． 经 计算发现 P1 钢的原奥氏体晶粒尺寸大致为 17. 3 μm; 经计算发 现 P2 钢的原奥氏体晶粒尺寸大致为 7. 3 μm． 值得注意的是 P1 钢中的析出物尺寸较大，在扫 描电镜照片中可以观察到，如图 2( b) 所示; 而 P2 钢在 扫描电镜下观察不到析出物． 表 2 是实验钢的力学性 能． 其中 Ｒp0. 2为屈服强度，Ｒm为抗拉强度，A 为伸长率，Ak 为冲击韧性． 可以看出 P2 钢的强度高，冲击韧性好． 表 2 实验钢的力学性能 Table 2 Mechanical properties of the steels 编号 Ｒp0. 2 /MPa Ｒm /MPa A /% Ak / J ( 室温) P1 1152 1788 4. 2 67. 5 P2 1154 1844 4. 6 60 2. 2 动态充氢恒载荷 动态充氢恒载荷的曲线如图 3 所示． 当充氢电流 为零时，试样钢全部发生腐蚀现象，因此恒载荷曲线一 直下降． 充 氢 电 流 为 零 时，P1 钢的临界载荷为 780 MPa，P2 钢的临界载荷为 840 MPa; 充氢电流为 0. 5 mA· cm － 2时，P1 钢的临界载荷为 370 MPa，P2 钢的临界载 荷为 610 MPa; 充氢电流为 1 mA·cm － 2时，P1 钢的临界 载荷为 190 MPa，P2 钢的临界载荷为 520 MPa． 值得注 · 4241 ·