【摘 要】
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随着汽车板逐渐向高强度化发展,其氢脆问题已经不容忽视。汽车钢中的氢渗透行为对氢损伤的演变起着至关重要的作用。为了研究热成形钢中氢渗透和氢损伤行为,本文以连退和罩退的22Mn B5和22Mn B5Ti Nb V为研究对象,采用电化学充氢法研究了四种热成形钢的氢渗透特性,计算了四种钢的氢扩散系数、氢扩散激活能、氢陷阱结合能和氢陷阱密度,并采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征方法分析了热成形
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随着汽车板逐渐向高强度化发展,其氢脆问题已经不容忽视。汽车钢中的氢渗透行为对氢损伤的演变起着至关重要的作用。为了研究热成形钢中氢渗透和氢损伤行为,本文以连退和罩退的22Mn B5和22Mn B5Ti Nb V为研究对象,采用电化学充氢法研究了四种热成形钢的氢渗透特性,计算了四种钢的氢扩散系数、氢扩散激活能、氢陷阱结合能和氢陷阱密度,并采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征方法分析了热成形钢的显微组织。采用金相显微镜对四种热成形钢的氢损伤进行了评定,采用扫描电镜/能谱（SEM&EDS）、电子背散射衍射（EBSD）对氢损伤进行观察并分析了氢损伤形核和扩展的机理。采用慢应变速率拉伸（SSRT）实验分析了氢对四种热成形钢延迟断裂行为的影响。结果表明:合金元素的加入使连退和罩退两种工艺的热成形钢氢扩散系数从5.47×10-7cm2/s和6.31×10-7 cm2/s分别降低到了5.04×10-7 cm2/s和1.67×10-7 cm2/s,而氢扩散激活能从30.67 k J/mol和28.93 k J/mol分别上升到了31.09 k J/mol和34.17k J/mol,相比于连退22Mn B5Ti Nb V,罩退22Mn B5Ti Nb V表现出更低的氢扩散系数和更高的氢扩散激活能。由于工艺的差异,连退22Mn B5在添加合金化元素之后,析出的碳化物颗粒较大且数量较少,而罩退22Mn B5在合金化之后析出了大量纳米级碳化物,这些碳化物尺寸小、分布均匀,从而提供了更高的氢陷阱密度(NT=2.44×1021/cm3)和更大的氢陷阱结合能（Eb=32.26 k J/mol）。连退和罩退22Mn B5在高浓度氢的作用下,表面产生了较多的氢致裂纹,表现出明显的氢损伤。随着合金元素的加入,连退和罩退22Mn B5Ti Nb V两种热成形钢的裂纹长度率分别从14.03%和8.26%降低到了0.66%和0.30%,且主导氢损伤形式都由氢致裂纹转变为氢鼓泡,但是连退22Mn B5Ti Nb V表面出现了数量较多、尺寸较大的氢鼓泡,这是由合金元素形成的大尺寸夹杂物导致的。氢鼓泡和氢致裂纹主要沿着马氏体板条界或原奥氏体晶界形核和扩展,合金元素的加入能够提高小角度晶界的比例,降低热成形钢的位错密度和内应力,从而抑制热成形钢氢损伤的演变。慢应变速率拉伸实验结果表明,连退22Mn B5和连退22Mn B5Ti Nb V的RNS值分别为11.22%和7.34%,罩退22Mn B5和罩退22Mn B5Ti Nb V的RNS值分别为14.16%和4.26%,说明合金化能够降低热成形钢的氢脆敏感性。四种热成形钢纤维区的面积占比有不同比例减小,说明塑性降低。此外,未添加合金元素的两种热成形钢的断口还出现了不同程度的氢损伤。热成形钢的氢脆敏感性与显微组织密切相关,合金化细化了马氏体组织,增大了晶界的面积,在减缓了位错的塞积的同时还提供了均匀分布的氢陷阱,阻碍了氢原子的聚集。碳化物的形貌和分布是影响抗氢致延迟断裂性能的关键因素,分布在晶界上的碳化物会使氢原子在晶界上富集,从而提高氢脆敏感性,而均匀分布在晶粒内部的小尺寸碳化物可以提供更多的氢捕集点,将氢原子固定在晶粒内,同时还能阻碍位错的移动,提高热成形钢的抗氢致延迟断裂性能。
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