马氏体不锈钢的微观组织各向异性对微区应力和氢分布的影响

钟振前,田志凌，杨 春，2

(1 钢铁研究总院 分析测试所，北京 100081；2 清华大学 材料学院，北京 100083)



马氏体不锈钢的微观组织各向异性对微区应力和氢分布的影响

钟振前1,田志凌1，杨 春1，2

(1 钢铁研究总院 分析测试所，北京 100081；2 清华大学 材料学院，北京 100083)

利用电子背散射衍射(EBSD)实验分析了马氏体组织的微区弹性刚度分布，并在此基础上建立应力-氢交互作用的耦合有限元模型，研究马氏体组织的各向异性对微区应力和氢分布的影响。结果表明: 相邻Block板条束之间的取向差互成60°，在同一受力方向上不同Block板条束具有不同的弹性刚度，从而引发组织间的微区应力和氢呈不均匀分布，Block板条束是表征微区应力的组织单元。Block板条束弹性刚度梯度和组织尺寸决定了组织间的应力集中，而应力集中又影响了氢的分布。弹性刚度梯度高和板条束尺寸大的Block组织单元应力集中较为严重，并富集高浓度的氢，最终引发氢致开裂。上述模拟结果与氢脆断口的微观断裂形貌和氢脆裂纹的EBSD分析结果相符。

各向异性；氢扩散；弹性刚度；氢脆；FEM；EBSD

氢致延迟断裂是高强结构钢断裂失效的常见形式之一，应力、氢、材料三者的交互作用是氢致延迟断裂发生的主要原因。其中应力扮演了极其重要的角色，这是因为应力可以极大地提高氢在材料中的扩散能力，并使部分氢脱离氢陷阱的束缚[1]，驱动氢向应力集中处扩散和聚集[2]，最终萌生氢致延迟裂纹。

目前，应力对氢的扩散[3,4]和聚集[5,6]作用的研究更多集中在宏观尺度上，例如在加载应力条件下用电化学渗透方法研究氢的扩散行为，或通过预制缺口拉伸试样的方式计算缺口处的应力集中系数和氢的聚集浓度[7]。……