高強度螺栓用鋼40CrNiMoA和12CrNi9MoV的氫脆敏感性

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Cr-Ni-Mo-V合金鋼因其兼具高強度和良好的塑性而得到廣泛應(yīng)用，尤其作為螺栓用鋼，在惡劣復(fù)雜的海洋環(huán)境下，其力學(xué)性能及耐蝕性較好，在海洋工程裝備中得到了大量推廣和使用。在Cr-Ni-Mo鋼中加…

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Cr-Ni-Mo-V合金鋼因其兼具高強度和良好的塑性而得到廣泛應(yīng)用，尤其作為螺栓用鋼，在惡劣復(fù)雜的海洋環(huán)境下，其力學(xué)性能及耐蝕性較好，在海洋工程裝備中得到了大量推廣和使用。

在Cr-Ni-Mo鋼中加入V元素，并提高Ni含量及降低碳含量，通過調(diào)質(zhì)處理，不僅能夠保持鋼的高強度，還可以顯著降低材料的氫脆敏感性，具有十分重要的工程意義。以高強度螺栓用鋼12CrNi9MoV為研究對象，40CrNiMoA鋼為對比對象，以期為海洋工程用高強度螺栓的合理選材提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

實驗用12CrNi9MoV鋼采用中頻爐冶煉成電極，并電渣重熔成鋼錠，最后鍛造成Φ50mm的棒材，而40CrNiMoA鋼經(jīng)真空感應(yīng)熔煉，并澆注成電極，再經(jīng)電渣重熔精煉出鋼錠，同樣經(jīng)鍛造開坯后軋成棒材。兩種試驗鋼的化學(xué)成分見表1。

表1 試驗鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

鋼	C	Si	Mn	S	P	V	Cr	Ni	Mo	Fe
40CrNiMoA	0.43	0.286	0.6	0.005	0.009	-	0.8	1.5	0.3	余
12CrNi9MoV	0.12	0.215	0.6	0.005	0.019	0.1	1.1	9.0	0.3	余

40CrNiMoA和12CrNi9MoV鋼的熱處理工藝分別為淬火+回火（QT）和淬火+二次淬火+回火（QQ'T）。經(jīng)熱處理后的40CrNiMoA和12CrNi9MoV鋼試樣分別在光學(xué)顯微鏡下觀察其顯微組織；在透射電鏡上進行微區(qū)觀察；在拉伸試驗機上進行常規(guī)力學(xué)性能測試；進行慢應(yīng)變速率拉伸試驗；進行氫擴散系數(shù)、極化曲線等測定；在升溫脫氫分析設(shè)備上進行氫在鋼中的陷阱行為研究；試樣中氫含量的獲得采用陰極充氫方法。結(jié)果表明：

（1）12CrNi9MoV鋼經(jīng)淬火+二次淬火+回火熱處理后，其綜合性能較好，能夠滿足高強度螺栓的使用性能要求。

（2）對于相同強度級別的40CrNiMoA和12CrNi9MoV鋼，氫在12CrNi9MoV鋼中的擴散能力較弱；由慢應(yīng)變速率拉伸試驗可知，12CrNi9MoV抵抗氫致斷裂的能力較強。

（3）40CrNiMoA鋼中存在諸如碳化物強氫陷阱和晶格、位錯等弱氫陷阱；12CrNi9MoV鋼中存在諸如位錯、晶界等弱氫陷阱。在高強度螺栓應(yīng)用中，強氫陷阱對螺栓的安全具有不利影響。

（3）在海水環(huán)境中，12CrNi9MoV鋼發(fā)生陰極析氫的傾向性較弱，綜合分析，低碳高鎳鋼更適合于低氫脆高強度螺栓的選材要求。

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