SA508-Ⅲ钢的氢致脆性行为

发布时间：2019-07-11 13:35

【摘要】：采用高温高压气相热充氢方法,将氢充入SA508-Ⅲ钢.在常温下,研究了氢与SA508-Ⅲ钢的拉伸变形行为的交互作用,以澄清钢的氢致脆性机理,为核电用钢的安全设计提供理论依据.结果表明,充氢使钢的屈服强度略升高,而钢的断面收缩率明显降低.充氢后钢的拉伸断口由纯微孔聚集型断口转变为韧窝加河流花样复合型断口.钢的屈服强度升高主要归因于在弹性变形阶段氢对位错的钉扎,从而阻碍了位错开动.然而在塑性变形阶段,氢随可动位错迁移并不断富集于碳化物与基体界面处,当氢浓度达到一定值时,造成碳化物与基体之间的结合强度降低,从而引起钢的塑性降低.
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图片说明：的标距尺寸为鐖5mm×25mm．选取充氢和未充氢两组试样，每组各取3个平行试样，结果取平均值，较好地保证了测试结果的重现性．采用位移控制加载方式，在SANS－CMT5105电子万能试验机上进行拉伸性能测试，应变速率为5×10－3s－1．利用JEOL6510A扫描电子显微镜和TECNAIG2透射电子显微镜对钢的拉伸断口和组织进行观察分析．2结果与讨论2.1钢的初始显微组织特征SA508－Ⅲ钢的微观组织见图1．其中黑色部分为铁素体区，白色部分为M3C型碳化物，呈粒状，其平均尺寸约为100nm，在晶界和晶粒内均有分布．图1SA508－Ⅲ钢的微观组织Fig.1MicrostructureofSA508－Ⅲsteel2.2钢的拉伸性能及断口特征未充氢和充氢SA508－Ⅲ钢的应力－应变曲线如图2所示，图3为图2在屈服附近的放大，对应的拉伸性能见表1．可见，氢对钢的抗拉强度没有明显影响，屈服强度略增加，而对钢的塑性影响显著．图4为未充氢和充氢SA508－Ⅲ钢宏观断口形貌．可见，未充氢试样宏观断口呈杯锥状，由纤维区、放射区和剪切唇区组成，塑性变形量很大，是典型的韧性断裂;充氢试样断口纤维区消失，放射区所占比例增加，放射线消失，出现“鱼眼”特征．图5为未充氢和充氢SA508－Ⅲ钢微观断口形貌．可见，未充氢试样拉伸断口主要由韧窝构成，，是典型的微孔聚集型断裂，如图5a所示．充氢试样的微观断口呈河流状花样，如图5b所示．由于SA508－Ⅲ钢晶粒内部存在许多弥散的碳化物，钢在拉伸变形过程中随着应力的不断增加，在氢的作用下，裂纹则起源于碳化物，断裂路径主要与碳化物质点有关，断口形态特征似河流，表现出明显的韧－脆转变特性［4］．2.3氢对钢强度的影响由图2可知，与未充氢钢相比，充氢钢屈服强度略升高，抗拉强度无明显变化．这表明在屈
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图片说明：形貌．可见，未充氢试样拉伸断口主要由韧窝构成，是典型的微孔聚集型断裂，如图5a所示．充氢试样的微观断口呈河流状花样，如图5b所示．由于SA508－Ⅲ钢晶粒内部存在许多弥散的碳化物，钢在拉伸变形过程中随着应力的不断增加，在氢的作用下，裂纹则起源于碳化物，断裂路径主要与碳化物质点有关，断口形态特征似河流，表现出明显的韧－脆转变特性［4］．2.3氢对钢强度的影响由图2可知，与未充氢钢相比，充氢钢屈服强度略升高，抗拉强度无明显变化．这表明在屈服阶段材料发生硬化．在弹性变形阶段低载荷条件下，图2SA508－Ⅲ钢应力－应变曲线Fig.2Stress-straincurvesofSA508－Ⅲsteel30东北大学学报(自然科学版)第36卷
【作者单位】：东北大学材料与冶金学院;
【基金】：国家重点基础研究发展计划项目(2011CB610506) 国家自然科学基金资助项目(51371044,51171039) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N130410001)
【分类号】：TG142.1

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