超高強鋼應力腐蝕裂紋萌生與演變機制研究

《超高強鋼應力腐蝕裂紋萌生與演變機制研究》是依託北京航空航天大學，由劉建華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超高強鋼應力腐蝕裂紋萌生與演變機制研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：劉建華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目以面向海洋環境套用的航空超高強鋼23Co14Ni11Cr3Mo和40CrNi2Si2MoVA超高強鋼為研究對象，在NaCl水溶液環境中，以厭氧硫酸鹽還原菌作為微生物腐蝕加速協同環境、人工充氫為氫脆加速協同環境等，進行超高強鋼應力腐蝕開裂行為研究。探討不同影響因素（腐蝕介質、外加應力、充氫、預製裂紋等）下裂紋萌生、擴展行為，分析裂紋擴展不同階段（萌生、擴展及斷裂）試樣裂紋不同位置斷面的成分、組織、結構，探討含氫濃度對裂紋影響以及裂紋擴展微生物腐蝕的作用；分析腐蝕產物的成分、結構，研究超高強鋼裂紋萌生誘因、生長演變及其影響因素，探討裂紋擴展形式、擴展速率及其演變規律，研究超高強鋼應力腐蝕裂紋的腐蝕動力學及其微觀演化機制，建立微裂紋萌生、擴展模型，為超高強鋼在海洋環境下的設計、製造、套用奠定良好的科學基礎。

結題摘要

23Co14Ni11Cr3Mo和40CrNi2Si2MoVA超高強度鋼綜合性能良好， 具有高強高韌性，室溫抗拉強度超過1400MPa，在航空航天、艦船、高速列車、裝甲、炮、耐衝擊設備等領域具有廣泛的套用。然而，超高強鋼在服役過程中，往往由於應力腐蝕從不可預見的微裂紋導致突發性的損傷失效，對設備使用造成巨大的危害。 本項目以23Co14Ni11Cr3Mo和40CrNi2Si2MoVA超高強度鋼為研究對象，採用不同取向、不同形式的試樣，在水溶液環境、人工充氫環境和微生物腐蝕協同作用環境下，開展了慢應變速率試驗、恆應變應力腐蝕試驗，通過電化學極化、電化學測試（交流阻抗譜、動電位極化、電化學噪聲監測及掃描開爾文探針）、光學顯微分析、電子顯微分析及能譜儀分析等分析手段，並結合有限元分析方法，探討了不同影響因素（腐蝕介質、外加應力、預製裂紋）下裂紋萌生、擴展行為，分析了裂紋擴展不同階段試樣裂紋不同位置斷面的成分、組織、結構，分析了腐蝕產物的成分、結構，研究了超高強鋼裂紋萌生誘因、生長演變及其影響因素，探討了裂紋擴展形式、擴展速率及演變規律。 通過研究發現，Cl-和硫酸鹽還原菌導致超高強鋼表面產生點蝕，氫在材料中形成了氫陷阱或者間隙，弱化了晶界，腐蝕痕跡和氫陷阱在應力和腐蝕介質作用下促使微裂紋萌生，超高強鋼裂紋擴展出現分叉現象是這兩種超高強鋼材料組織引起的，在應力與腐蝕介質作用下，沿馬氏體晶界分叉擴展，裂紋優先從低Cr、Co、Ni和高C的方向擴展。氫在試樣內部微孔富集，弱化晶界，促進了裂紋擴展。通過本項目研究，為超高強鋼在海洋環境下的設計、製造、套用奠定良好的科學基礎。