氢对2.25Cr1Mo钢磷偏聚导致的晶界脆化的影响

论文摘要

2.25Cr1Mo钢是一种以Cr、Mo为主要合金元素的低碳低合金结构钢,在高温下具有较高的强度和抗氧化性,并具有良好的焊接性,因此广泛应用于电力、核能以及石油化学工业高温承压设备中,特别是电厂主蒸汽管道及热蒸汽管道的主要用材。由于2.25Cr-1Mo钢在使用中经常接触高温,高压,尤其是高氢分压的环境,在这种服役条件下,钢中的P等有害元素容易在原奥氏体晶界处偏聚,降低了铁原子在晶界处的结合力,产生回火脆化;而周围环境中的氢,容易通过吸附,渗入、溶解、扩散等过程向晶界处扩散和聚集,同样能降低晶界结合力,产生氢脆。目前对回火脆化和氢脆有所认识,并有了一些相应的对策,但都是单独考虑的,对两者相互作用的研究很少。本文通过阴极充氢实验将氢原子引入到钢中,观察在不同渗氢参数下,材料在液氮下断口的变化情况,从而观察有氢的条件下钢铁材料的脆化现象。结果表明,在基体P元素含量较低的时候,晶界处也能产生一定量的平衡晶界偏聚。在没有氢元素的作用下,只有较高的P晶界浓度才能使得Cr-Mo钢在液氮温度下产生一定量的沿晶断裂;而当较低的P晶界浓度时断口表现出完全的解理断裂。经过渗氢处理后,情况有所改变。原先P晶界偏聚浓度较大的试样断口依然出现明显的沿晶断裂,经过定量计算后,可以发现沿晶断裂的比重有所增加,520℃时效处理后的试样其断口的沿晶断裂分数从没经过渗氢处理时的12.31%增加到渗氢4天后的36.74%;而650℃回火处理后的试样,由于P的晶界浓度过低,渗氢处理后断口并没有出现沿晶断裂的迹象,完全是解理断裂;560℃时效处理后的试样,变化最为明显。在没有氢的条件下,试样发生完全的解理断裂,而渗氢处理后,断口出现了明显的沿晶断裂,渗氢4天后沿晶断裂分数达到了24.77%。通过不同时间的渗氢处理可以发现,当渗氢时间小于12个小时时,断口沿晶断裂分数急剧升高,而超过12个小时之后,沿晶断裂分数增加得不再那么明显,基本上趋于平缓。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 晶界偏聚理论研究进展
• 1.3.1 平衡晶界偏聚
• 1.3.2 P 的平衡晶界偏聚
• 1.4 Cr-Mo 钢失效形式与机理
• 1.4.1 2.25Cr-1Mo 钢简介
• 1.4.2 回火脆化
• 1.4.3 蠕变脆化
• 1.4.4 白点
• 1.5 氢对材料性能的影响
• 1.5.1 氢在金属中的存在形式
• 1.5.2 氢对材料屈服性能的影响
• 1.5.3 氢对材料拉伸强度的影响
• 1.5.4 氢对材料塑性的影响
• 1.6 渗氢技术
• 1.6.1 电解质溶液充氢（阴极充氢）
• 1.6.2 熔盐充氢
• 1.6.3 高温充氢（气相充氢）
• 1.7 阴极充氢原理
• 1.7.1 阴极充氢时氢的进入
• 1.7.2 影响充氢量的因素
• 1.7.3 毒化作用
• 1.8 本文主要研究内容
• 第2章 实验过程
• 2.1 试样成份
• 2.2 试样加工及热处理过程
• 2.3 渗氢试验
• 2.4 断口SEM 扫描
• 第3章 结果分析
• 3.1 P 的平衡晶界偏聚浓度（理论计算）
• 3.2 P 元素对材料断裂方式的影响（回火脆性）
• 3.3 低温下的氢脆现象
• 3.4 氢致沿晶断裂
• 3.5 断口定量分析
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢