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用，尤其作為螺栓用鋼，在惡劣復雜的海洋環境下，其力學性能及耐蝕性較好，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…

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用，尤其作為螺栓用鋼，在惡劣復雜的海洋環境下，其力學性能及耐蝕性較好，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，通過調質處理，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據支撐。

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鋼經真空感應熔煉，并澆注成電極，再經電渣重熔精煉出鋼錠，同樣經鍛造開坯后軋成棒材。兩種試驗鋼的化學成分見表1。

表1 試驗鋼的化學成分（質量分數，%）

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）。經熱處理后的40CrNiMoA和12CrNi9MoV鋼試樣分別在光學顯微鏡下觀察其顯微組織；在透射電鏡上進行微區觀察；在拉伸試驗機上進行常規力學性能測試；進行慢應變速率拉伸試驗；進行氫擴散系數、極化曲線等測定；在升溫脫氫分析設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。結果表明：

（1）12CrNi9MoV鋼經淬火+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。在高強度螺栓應用中，強氫陷阱對螺栓的安全具有不利影響。

（3）在海水環境中，12CrNi9MoV鋼發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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