一種高鋁奧氏體不銹鋼對于氫的應用的發(fā)展過程

1、 一種高鋁奧氏體不銹鋼對于氫的應用的發(fā)展過程文章信息：文章歷史： 2012年11月5日 收到2013年2月11日 收到修改稿 2013年2月25日 接收2013年4月4日 可在線共享2013年版權,氫能源出版物、LLC。由愛思唯爾出版有限公司出版，所有解釋權歸我方所有。 摘要：一種新型高鋁奧氏體不銹鋼已經在實驗室中產生，其目的是發(fā)展一種對于氫環(huán)境脆化有高抵制力的精密合金化材料。氫環(huán)境脆化的磁化率是通過純氫氣的壓力為40 MPa、溫度為-50的慢應變速率的拉伸測試來評估的。在這種條件下,屈服強度、抗拉強度和斷裂伸長在與空氣中的同伴測試相比不受氫的影響。此外,在高壓和低溫的氫環(huán)境中，非常高的氫的延

2、展性表現為70%的斷面收縮率。合金的精益程度反映在材料的無鉬特點和鎳含量為8.0%。關于合金的概念,高碳、高錳、高鋁含量的結合使合金在抵抗應變馬氏體的形成上有一個極高的穩(wěn)定性。這方面可以通過現場磁測量和其它x射線衍射研究。這種新型合金性能總指標可以參考已經在生產的304L和316L奧氏體不銹鋼。保持完全奧氏體結構的性能已經在拉伸試驗被確定為氫環(huán)境脆化的一個關鍵因素。 關鍵詞：高鋁奧氏體不銹鋼，氫環(huán)境，脆化，奧氏體穩(wěn)定性， 形變誘發(fā)馬氏體 ，合金發(fā)展1. 前言在移動和固定應用領域使用氫發(fā)電通常被認為是一個非常有前途的替代可再生能源和無碳能源之一。然而,開發(fā)的氫能源受保證氫安全操作的一些材料高成本

3、的限制。在這方面,大多數金屬材料受到他們機械性能和接觸任何氫源延性的惡化，這種現象被稱為氫脆1。因此,當前氫的應用利用高合金奧氏體不銹鋼,如符合美國鋼鐵協會的316和310,它們都表現出較高的抗氫脆能力2-7。然而,由于其具有高鎳和高鉬含量，這些合金需要一個成本高的解決方案。因此,具有相同屬性但還可降低相關成本的新型鋼是需要的。這種材料可以在全球范圍內支持可持續(xù)氫能源發(fā)展,這將要求巨大的氫生產、存儲、分配、和最終用途的基礎設施。幾十年來，相對于其他金屬材料8-10，對氫的應用的奧氏體不銹鋼由于其更高的性能，其利用已經獲得了重大的關注。更具體地，如果對易感性的氫環(huán)境脆化（HEE）進行評估，前面文

4、獻與本文都認為穩(wěn)定奧氏體不銹鋼對HEE 2,3,5表現更高的阻抗。在此上下文中，術語“穩(wěn)定”指的是避免了在一給定溫度下所施加的應變下和馬氏體形成的性能。而馬氏體在HEE11,12中扮演一個小角色，一個馬氏體的形成總是被不利影響伴隨著。特別是，遇到接受應變誘導-馬氏體轉變2-5，13-15 更高的傾向，就有較高的塑性損失。幾個研究都集中在通過改變間隙和置換元素6,18-20的含量來增加奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定性。這些研究表明，增加奧氏體的穩(wěn)定性已在氫氣環(huán)境中對材料的塑性回應產生有利的影響。這不僅可以解釋減輕形成的應變誘發(fā)馬氏體的方位，而且還對奧氏體的穩(wěn)定性和材料相應的堆垛層錯能（SFE）的關系進行了解

5、釋。特別是，通過十字滑移機制代替平面滑移機制（是由低SFE值19,21-23推動）。，越來越多的SFE將有利于更均勻的變形。以降低成本結合到對HEE高阻性的需要已促使最小所需的鎳含量的鑒定。特別是在修飾的AISI型316不銹鋼中。根據不同的試驗條件19,20,24,25，發(fā)現其最低值在11.5和13（重量）之間的，它的有關成本效益仍然過高。除了盡量減少AISI型316奧氏體不銹鋼中的鎳含量的這種策略，在關于精益合金和HEE-耐熱鋼的文獻中遇到的問題解決策略并不是很多。在這方面最早的貢獻之一由Louthan和卡斯基于1976年發(fā)表8。他們提出了一個21Cr-6Ni- 9Mn不銹鋼，商業(yè)上稱為NI

6、TRONIC 40 ，它可以作為一個氫的應用可能的候選。然而，相同的工作報告中的熱預充電試樣在空氣中在室溫下的拉伸試驗之后，約50的延展性相應的降低。在1982年West和Louthan27出版了這種合金的更詳細的表征，其中通過在室溫下，以-505,5.5*10-5s-1應變速率的拉伸試驗的方法，在熱預充電和未充電的狀態(tài)下得到19不同的制造路線。不帶電荷的試樣在120MPa氫氣退火條件下的拉伸試驗，根據面積的減小值，導致約30的延展性的損失。作者總結出“這個奧氏體不銹鋼是在晶界、滑帶和其他接口容易致開裂”27。最近由Nibur等進行的一個關于彈塑性斷裂力學的研究21-6-9中展現出了顯著減少的

7、裂韌性和熱預充電標本28耐龜裂增長性。正如作者詳細的研究討論，高濃度的氫可以修改21-6-9不銹鋼的斷裂機制。此外，考慮到由于沒有應變誘發(fā)馬氏體相變，氫輔助的斷裂可通過促進變形28,29的局部化的變形機制手段解釋。Louthan和Caskey文獻8也介紹了另一種氫應用候選的合金是22Cr-13Ni-5Mn鋼。這種材料具有非常矚目的特性，因為它結合了對阻止誘變馬氏體的形成的高穩(wěn)定性、由于施氮高強度和在氫預充電狀態(tài)30高的斷裂韌性的高穩(wěn)定性。這種合金的氫應用的唯一的缺點可能是由較高的鎳含量帶來的成本限制。在這種情況下，在-50 進行的10MPa的氫氣氣氛慢應變速率拉伸試驗31證明由錳換鎳和氮素添加

8、是不成功的。具體地，盡管轉化成應變誘導馬氏體材料的比例可以忽略，但是該材料的延性反應嚴重減少。這種脆性行為主要是由于氮在促進短程有序的作用和因此產生的較高平面滑移變形31-34中的程度。本研究的目的是設計一個精益合金和HEE性奧氏體不銹鋼作為在室溫和零度以下且高壓下氫應用的潛在候選者。這種新型合金通過高壓氫氣慢應變速率拉伸試驗方法經驗開發(fā)并且合格。已經知道HEE敏感性的溫度和應變速率( 5、13、25，35-39)的依賴性,開發(fā)材料和參考合金(304 L、316 L)可以在-50，5.5*10-5 s-1和40 MPa的純氫氣進行測試,這是對HEE的最大敏感性的條件。 2. 試驗情況2.1 合

9、金化概念 關于新型材料作出的第一個步驟是采用精益合金化的奧氏體不銹鋼的標稱成分，例如：AISI304型，這是開發(fā)合金的基礎。該步驟依賴于奧氏體不銹鋼比鐵素體鋼4,6,8-10表現得對氫脆更高的抵抗力的總趨勢。以下三個不同的方面被認為是合金化概念的里程碑：a）充分的熱力學穩(wěn)定性，在工業(yè)溶解的退火溫度下確保完全奧氏體相，b）足以抵抗應變誘導-奧氏體形成的穩(wěn)定性，以及c）相對較高的SFE。一個淬火后奧氏體組織要求在標準退火溫度下提供一個廣泛的奧氏體相場,這也可以通過工業(yè)加工。第二步是避免應變馬氏體轉變，這被認為是在合金開發(fā)過程一個強制性的一步。眾所周知,一個完全穩(wěn)定的材料并不能保證對HEE的高阻抗1

10、5，31，40, 但是在亞穩(wěn)合金5，13-15，26中，對HEE無抵抗力也是可能的。第三方面,具有相對較高的SFE是增加合金的穩(wěn)定性的必要特性。具體地說,通過抑制平面滑動19,22,28，41，高SFE預計將引起更多的均勻變形。由于這個原因,進行均勻變形的可能性是在氫輔斷裂中抵消氫的影響的一個至關重要的因素,它包括變形的局部化29，36，42-46。在這項工作中，并且為了滿足上述要求，與其相關五個元素被確定為所述合金的主要組成部分，即：碳，錳，鉻，鎳和鋁。然后，用滿足熱力學計算的方法（相圖計算方法47-49）定義表1中關鍵成分。分別元素錳、鎳、鋁的添加把新的合金被確定為“10-8-2.5”。2

11、.2.1. 合金元素的作用從表1中可以看出，10-8-2.5鋼是一種高碳合金鋼。其目的是最大限度地提高碳含量，因為它對在第2.1節(jié)中提到的三個方面有利。即，它不僅奧氏體在固溶退火溫度50的熱力學穩(wěn)定性，而且增加了對形成的機械穩(wěn)定性。從在MD30溫度表達公式（1）中碳的貢獻則可以推導出最后一個方面。這個公式可以估算出使50的奧氏體轉變轉變?yōu)轳R氏體51產生30的真實應變時的溫度。因此，MD30溫度值越低，應變誘導相變成的合金越穩(wěn)定。另外，添加碳也可以增加的材料52,53的超臨界流體萃取。在鉻的合金化的情況下，增加其含量會增強對抗（公式（1）形成的穩(wěn)定性，但同時也將降低鋼 50的SFE和熱力學穩(wěn)定性

12、的 fcc范圍。因此，鉻對奧氏體不銹鋼的SFE產生了一個很大的不利影響 52,54 。因此，其含量降低到重量“允許的最小”水平13。這個量在這里不進行評估，它應與足夠的耐腐蝕性和在溶解退火溫度下“最小”鐵素體穩(wěn)定化的作用結合。作為合金元素的的使用以增加材料的超臨界流體萃取的目標基礎。鋁是在此性能方面有強大而積極的影響55,56。錳的合金化有兩個積極的貢獻：首先，它提供了在固溶退火溫度50下面心立方相的熱力學穩(wěn)定性，其次，它增加了合金抵抗馬氏體轉變（公式（1）的穩(wěn)定性。然而，加入的錳也有消極的方面：它降低了在奧氏體不銹鋼52,54的SFE。因此，更重要的是由于錳在形成和面心立方相的熱力學穩(wěn)定性的

13、影響。因此， 10%的錳添加到鐵素體的穩(wěn)定化效果相當于鉻和鋁的添加到鐵素體的穩(wěn)定化效果。最后，考慮到成本效率，鎳含量要保持在AISI 型304L不銹鋼，即8 （重量）的水平，并且合金化處理沒有鉬。即，提供的熱力學穩(wěn)定性 50 ，的形成（公式（1）的機械穩(wěn)定性，并提高了SFE 52,53,57 。2.2. 合金的生產和測試2.2.1.生產 合金10-8-2.5是在實驗室中用真空感應爐冶煉鑄錠產生的。3公斤的重量和直徑50毫米鑄坯預加工到42毫米，再經過幾次熱加工到最終直徑16毫米，隨后水淬。在文獻58中，長度30毫米和直徑5mm的六個拉伸試樣通過濕法車削方法從鍛造棒材中心被加工出來。隨后，把試樣

14、在工業(yè)真空爐在1050 熱處理30分鐘，其次是在200 kPa壓力的氬氣中淬火。最后一步是要在氫氣58測試期間對材料的性能的避免車削操作不良的影響。經過熱處理后，把合金10-8-2.5兩個拉伸試樣上，手工拋光到1微米，減少幾何變形。所有四個試樣（2個研磨拋光和2無研磨拋光）進行氫試驗，其余兩個作為參考在空氣氣氛中進行。參考材料是奧氏體不銹鋼AISI304L型和316L的德意志EDELSTAHLWERKE（DEW，德國）提供的半成品。拉伸試樣被加工成一個直徑30毫米的棒料中心，并且以相同批次的合金10-8-2.5的試樣進行熱處理。表1為參考材料拉伸試樣化學成分的測量結果。在這三個研究的合金在上述

15、的生產路線引起了的平均晶粒尺寸（ASTM粒度號G¼6.0）。2.2.2. 測試三種材料在-50在空氣和純氫氣（99.9999 H2）下進行了拉伸試驗?？諝庵械脑嚇釉诃h(huán)境壓力下測試，在測試的試樣壓力40MPa。在氫氣氣氛中測試，將容器在1MPa下用純氮氣清洗三次。其次用純氫氣在1MPa連續(xù)8清洗 ，然后將容器填充至試驗壓力。此程序可確保安全性和氣體純度。根據ASTM G129標準39，在空氣和氫氣的測試中， 使用5.5 *10- 5s-1的初始應變率。在氫試驗的情況下，使用在所有情況下的內部載荷傳感器測得負載。在空氣/氫氣環(huán)境下使用卡規(guī)/伸長測量計，以確保的0.2彈性極限應力?？蓽y得的

16、性能有屈服強度（Rp0.2） ，極限抗拉強度（Rm）和延伸到破裂（A）。此外，用數碼卡尺測量試樣的初始和最終直徑的縮頸圍可得到（Z）中的減少值。這個Z的參數是金屬材料對HEE的易感性的一個非常敏感的測量5,15,21 。2.3. 特性描述2.3.1. 顯微結構和斷裂面在拉伸試樣螺紋部分的縱切面用金剛石研磨膏研磨和拋光到1毫米，進行金相準備。然后用V2A溶液（100ml H2O，加入100ml HCl，將10ml HNO3），以顯示樣品的微觀結構。通過光學顯微鏡觀察蝕刻的樣品，而用LEO1530-VP掃描電子顯微鏡（SEM）的裝置通過能量色散X射線譜（EDS），把拋光條件下的樣品用于非金屬夾雜物

17、的鑒定。用VHX-600D數字式顯微鏡（Keyence GmbH，德國）可以得到在宏觀尺度上斷裂面和頸縮區(qū)域的初始表征。數字圖像是采用RZ-20透鏡和一個50倍的倍率光濾波器，在所試驗的條件下得到的.在獲得斷裂的宏觀圖像后，將斷裂面經由二次電子與SEM對比研究。2.3.2.奧氏體穩(wěn)定性隨后就地使用FERITSCOPEMP30設備（Helmut Fischer GmbH，德國）磁感應法得到拉伸試驗過程中馬氏體的形成。由于前期的研究已經表明，負載狀態(tài)影響了材料的磁性反應。，在-50空氣氛圍下進行這種類型的測量。使用1.7的修正系數59把表示鐵素體等效物的儀器讀數轉換成馬氏體的質量分數。對空氣和氫氣

18、的測試樣品的剩余部分通過X射線衍射（XRD）裝置進行主體材料中形變誘發(fā)馬氏體的形成的第二個測定?？v向切片金相制備出前標距長度。然后從斷裂面和距長度的開頭之間中間點使用XPERT-MPD衍射儀在（62o-165o）2的范圍內Cr-K輻射獲得衍射圖案。把所得到的圖案與由成田等發(fā)表的304型不銹鋼中和馬氏體用的數據進行比較60。3. 結果3.1.熱力學穩(wěn)定性 在表1中合金10-8-2.5的計量化學成分，用于計算相應的相位圖。其中把0364-5916軟件THERMOCALC S 61在與熱力學數據庫TCFe6.2 62結合使用。所得到的圖如圖1 ，其中虛線示出了相應碳的等值線?？梢钥闯?，合金10-8-

19、2.5呈現了一種主要的鐵素體凝固。此外，在碳含量和溫度范圍的寬奧氏體領域表示出充分的熱力學穩(wěn)定性。從而通過溶液退火處理，接著進行快速冷卻的方法可以獲得完全奧氏體組織。特別是，可在涵蓋了標準的工業(yè)實踐的1050和1150范圍之間進行處理該材料。同樣，熱力學計算表明，穩(wěn)定的氮化鋁（AlN）已經在熔體中形成。因為這個階段的發(fā)生是由于殘留的氮含量（總是存在于有一定規(guī)模的實驗室生產） ，所用的材料的微觀結構與AlN體積分數有小的關系或者不相關。3.2.顯微組織和力學性能測試在測試前，由于第2.2節(jié)中所描述的生產過程的一個結果，所有的試樣表現出典型的奧氏體組織。3種合金分別在-50大氣壓力下的空氣中和在4

20、0MPa的氫氣氣氛中進行拉伸測試，如在2.2.2節(jié)中描述。圖3中為兩種氣壓下的示例性的拉伸曲線，其中從拉伸曲線的表象可以推斷所研究的材料中的第一差異。觀察到AISI型304L不銹鋼有一個顯著的應變硬化，而316L和10-8-2.5合金呈現平穩(wěn)和更韌性應力/應變響應。在這兩種環(huán)境中的拉伸曲線的比較表明，受到氫影響的304L鋼的拉伸強度和斷裂伸長率嚴重降低，而316L和合金10-8-2.5在空氣和氫有相同表現。此外，合金10-8-2.5和所參考的AISI型316L不銹鋼在氫氣氣氛中有非常類似的曲線。與之前的曲線相關聯的拉伸性能的值和的計算一起示于表2中，作為在相同的條件下進行兩次試驗的平均值。還包

21、括手工打磨合金10-8-2.5的試樣的平均值額外的部分。列于表2的結果表明，在任何情況下拉伸試驗中的外部氫氣不影響屈服強度。另一方面顯示316L和合金10-8-2.5對氫的存在下引起的拉伸強度和斷裂伸長率沒有不利影響。兩種情況下略低的唯一的參數是斷面（Z）收縮率。在這方面，在氣態(tài)氫測試的合金10-8-2.5拋光試樣的變量對于面積減少與低斷裂伸長率有改善。 除了面積的減小的值，三種合金的延展性響應的直接印象從圖 4中所示的為測試試樣的頸縮區(qū)域的宏觀圖像獲得。這一觀察舉例證明AISI型304L不銹鋼的宏觀脆性行為，與參考材料316L和新型合金10-8-2.5的非常高的延展性。在此放大倍數下，在合金

22、10-8-2.5斷裂面上能夠識別橫向裂紋，而在316L鋼上明顯。另一方面，在圖5中所描繪的合金10-8-2.5的拋光試樣表明，在氫氣氛中沒有斷裂面橫向裂紋，而有一個典型的杯錐體斷裂。3.2.1.奧氏體的穩(wěn)定性通過對三個研究合金的體積測量，得到奧氏體穩(wěn)定性的主要特征，旨在檢測鐵磁相的存在。在-50空氣中的拉伸試驗過程中用FeritScope MP30設備測量鐵素體等效值，然后把它改成馬氏體的質量百分比（參見2.3.2節(jié)）。圖6為所得到的曲線。如圖所示，所有的材料從零質量比、零應變開始，這意味著在拉伸試驗開始時是一個完全奧氏體結構。隨著測試的進行，立即出現兩種傾向：首先， AISI型304L低穩(wěn)定

23、性對于工程壓力高于10%，其次，合金316L和10-8-2.5的非常穩(wěn)定的演化與變形。關于最后的兩種材料時,的百分比保持在接近零相應的工程應變到45。合金10-8-2.5顯示出比316L鋼更穩(wěn)定的結構，具有對于最后的鐵素體等效閱讀的馬氏體的1.8mass。除了磁反應測量，在空氣和氫氣中對試樣的縱向面進行了X-射線衍射分析以說明和馬氏體的形成。如圖7中顯示的結果給出了相和相的識別，而相沒有任何顯著的貢獻。根據-反射的強度，合金304L似乎不太穩(wěn)定，而在316L鋼可以在連續(xù)的-反射識別-馬氏體的存在。圖7還示出了合金10-8-2.5是三種材料中最穩(wěn)定的。它具有一個幾乎完全奧氏體結構。此外，X-射線

24、衍射分析表明，該測試環(huán)境對合金316L和10-8-2.5中馬氏體的形成沒有影響。與此相反，304L合金在空氣氣氛的形成對于氫更為明顯。這與在空氣氣氛中有更高的變形程度。類似地，對于主體材料中的形成，X射線衍射圖案和磁感應方法之間有一個非常好的相關性。3.3.合金316L和10-8-2.5斷口分析在三個合金上進行斷口分析，是為了比較在氫氣氣氛中斷裂與對應空氣中的失敗。所有的空氣測試的標本展出了杯錐型的韌窩斷裂。由于圖4清楚地舉例說明了三種合金在空氣中的斷裂的類型，僅在圖8中的測試條件下才呈現出合金10-8-2.5的斷口。該圖中示出了三個區(qū)域的二次電子圖像，可以根據低放大率圖像的左上角區(qū)域得出。這

25、些區(qū)域包括中央的頸縮區(qū)域（1），中間放射帶（2），和外剪切唇區(qū)（3）。該選擇與拉伸斷裂發(fā)生的三個階段對應，這連續(xù)的三個階段是：在1的中央裂紋開始和生長，在2中沿剪切面增殖 ，在區(qū)域中3斷裂的終止63-65。如圖8可以看到,在區(qū)域2，淺和等軸的凹痕也證明了韌性的增殖。該凹痕的開口端朝向試樣表面的事實表明，斷裂增殖從中心向外側區(qū)域發(fā)生，如圖 8-365中的箭頭所示。在與空氣的情況對比下，合金10-8-2.5特征的氫測試試樣把故障與外區(qū)混合起來，在斷裂表面的其余部分顯示出氫輔斷裂和韌窩型斷裂，如圖9所示。氫氣輔助斷裂的區(qū)域確定了在3號，并且在低倍鏡下顯示斜線圖像更明顯。氫影響的區(qū)域分布在斷裂表面的邊

26、界，并被彼此分開。他們約占整個表面的23。表面的其余部分為韌窩型斷裂，但有兩種不同的形態(tài)。而區(qū)域2是小而淺凹坑的相對光滑表面，區(qū)域1是不平坦的表面，且凹部具有等軸和更深的結構。在氫中參考材料的斷口分析表明，304L有與一些晶界破裂（此處不列出）類似的晶內解理狀失敗，而316L鋼與合金10-8-2.5呈現相似的斷裂性。后者如圖10所示，在其中顯微鏡照片的圖3表示氫輔助狀斷裂，區(qū)域1和2表示韌窩型斷裂。氫影響區(qū)域對應約17的表面。在圖11中合金10-8-2.5的試樣得到了相當令人印象深刻的斷口分析結果。圖9中觀察的的混合失效模式完全改變了三個區(qū)域韌窩型斷裂。在氫氣中的拋光試樣的失敗與在空氣中（圖8

27、）的非常相似，根本沒有氫致斷裂跡象。此外，外部是切變裂痕（3）的斷裂面以細長的開放式的凹痕為特點，這表明從中心向試樣的外部的增殖方向。這與在空氣中觀察試樣的結果一致。4.討論穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼顯示對HEE的高抵抗性，而亞穩(wěn)定鋼呈現對HEE 2-7，26較差阻力。這種相關性已導致在奧氏體不銹鋼中HEE在應變誘導馬氏體相變中起幾乎全部的作用。反過來，應變誘導馬氏體相變一般被認為是材料的標稱化學組成的重要部分，特別是，鎳含量或與鎳等效值相應的函數。然而，在奧氏體不銹鋼中HEE的問題不能被減少到一個標稱組成或鎳等效值的范圍。所有這些方面必須與耐HEE奧氏體鋼的發(fā)展過程中應變誘導馬氏體相變的出現一起考慮

28、。在這項工作中，該合金的開發(fā)過程是基于前述方面的修正值的三個主要屬性。具體而言，把抵抗應變誘發(fā)馬氏體形成的非常高穩(wěn)定性，和由相對高的超臨界流體萃取的方法進行均勻變形的可能性相結合，可以得到一種奧氏體組織。而新型合金10-8- 2.5已經驗證前兩個要求，無論SFE和相應的變形機制的實驗評價都是未來研究的一部分。對于在這項工作中研究的合金，參考材料304L和316L定義了對HEE的高抵抗的邊界條件。新型合金可以在兩個邊界條件之間選擇，而在高阻力一側，即它以AISI 316L型不銹鋼相同的方式進行。在這項工作中，研究的合金中主要和最重要的差別依賴于對應變誘導-馬氏體相變奧氏體相的穩(wěn)定性。在測試和表征

29、過程證明了304L鋼的低穩(wěn)定性。在圖3所示的拉伸曲線表示的是微觀結構的變化的第一個跡象，其中在兩種氣壓下均觀察到強應變硬化。這些值連同圖4中概述清楚地證明該合金對HEE的高敏感性。通過材料5,13,14,16,17觀察到304L鋼的宏觀低延展性在促進氫的滲透和流通中與馬氏體的影響有關。與304L鋼合金對比，316L和10-8-2.5都對馬氏體有非常高的穩(wěn)定性，并且在拉伸強度和斷裂伸長率方面沒有外部氫的不利影響。這兩種合金只有在氫氣體環(huán)境（表2）斷面收縮率（Z）的影響較小。比在Z值的區(qū)別更重要是圖9和11中合金10-8-2.5在機械加工和拋光之間試樣發(fā)生的失效模式上的變化。這些條件有利于氫致斷裂

30、以表面的開裂46的形式出現。只要這些表面的裂紋增長是由外部氫輔助，可以得到圖9-3類型的斷裂面。由于新合金有一個非常高的面積減少（表2），所以隨時間變化，在試樣的頸部表面附近發(fā)生氫致斷裂是很可能的。因此，在表面引發(fā)氫致斷裂和散裝材料的自然預期故障之間發(fā)生競爭。從圖9中給出的斷口形貌，可以推測出氫輔助區(qū)域（3）的的發(fā)展集中在材料整體性質的某一點，導致斷裂模式的變化。一個類似的推理可以應用于如表10所示合金316L的斷口分析。即，在某些位置上的應力集中高到足以允許氫氣滲透時，外的部分影響氫氣氛，和散裝材料能夠掌控的氫致斷裂的進展。合金316L更高的清潔度（圖2）預計將在材料表面應力集中的減少上發(fā)揮

31、有益的作用。后者可以解釋在受氫影響的區(qū)域分別為17%和23%這種材料和新型合金之間的差異。雖然對HEE易感性的拋光表面的有益效果已在文獻中報道 21,67，按照簡單的表面處理不能解釋在圖11中給出了斷口結果。在-50在40 MPa氫氣氛中測試的合金10-8-2.5的拋光試樣，可以觀察一個完全韌窩斷裂。此外，那些在空中的測試試樣與在（圖8和9）的氫氣氣氛中機械加工的樣品相比形狀，尺寸，和凹坑的分布與有更多類似。由于表面處理，在外部氫46拉伸試驗中出現的表面裂紋開始和增殖將被抑制。因此，如果避免了表面裂紋的產生，該材料將從試樣63-65中心向外部以自然的方式變形。考慮到這種類型的材料16,21,5

32、8重要的吸收氫不能通過擴散發(fā)生，材料變形和外部氫氣氛的主要相互作用下是氫原子的。在這個方案中,如果新合金通過交叉位移容易變形，在入口的氫原子將分布在不同的滑動系統(tǒng)和變形進行局部化的風險會減少。因此,如果在微觀尺度上變形的局限避免，韌性宏觀反應就可以預期。該合金10-8-2.5的整體性能可主要在對應變誘發(fā)馬氏體相變的穩(wěn)定的基礎上理解。具體地，圖6和7清楚地表明該合金相對于參考的316L具有較高的穩(wěn)定性。然而，除了足夠的奧氏體穩(wěn)定性等屬性，還需要其他屬性才能獲得HEE-耐磨材料40。在合金10-8-2.5的情況下，在塑性應變下發(fā)生均勻變形的可能性被認為是必要的額外的屬性.毫無疑問，對合金10-8-

33、2.5的氫氣輔助的斷裂進一步調查是必需的。特別是，SFE的實驗測定，變形機制的完整描述，和斷裂力學性質主要解釋了該合金中的氫的行為。然而，這種材料在40MPa的純氫氣和在-50C下的性能意味著它是氫能應用的一個有希望的候選對象。5. 結論 一種有著對氫環(huán)境脆化（HEE）高阻抗力的新型的精益合金化的奧氏體鋼在實驗室中可以通過實證方法手段開發(fā)。特別是，高碳、高錳和高鋁含量的組合是無鉬且含鎳量為8.0%材料的基礎。與兩個營利的AISI 型304L和316L鋼相比，合金對HEE的敏感性是借助于40MPa純氫氣環(huán)境和-40的慢速率拉伸試驗為評價標準的。在這些條件下，新型合金表現出與316L的參考材料等效

34、的對HEE的高抗性。這是主要是，該新型合金的整體性能，可以在對應變誘發(fā)馬氏體的形成非常高的穩(wěn)定性的基礎上理解。此外，在氫氣環(huán)境中材料的高延展性表明了在塑性應變下發(fā)生均勻變形的一定能力。在氫氣氣氛中的新型合金的性能意味著它是氫能應用的一個有希望的候選對象。最后，通過考慮鉬的不存在和與鋼316L相比超過4%鎳含量的減少量，合金附加費預計將顯著降低，從而表現出一種構件在氫環(huán)境中運行的成本效益。鳴謝：作者非常感謝以合同號0327802D為根據the Bundesministerium fu¨r Wirtschaft und Technologie(BMWi)的財政支持。這些在氫環(huán)境的拉伸試驗

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