超高强钢应力腐蚀裂纹萌生与演变机制研究

本项目以面向海洋环境应用的航空超高强钢23Co14Ni11Cr3Mo和40CrNi2Si2MoVA超高强钢为研究对象，在NaCl水溶液环境中，以厌氧硫酸盐还原菌作为微生物腐蚀加速协同环境、人工充氢为氢脆加速协同环境等，进行超高强钢应力腐蚀开裂行为研究。探讨不同影响因素（腐蚀介质、外加应力、充氢、预制裂纹等）下裂纹萌生、扩展行为，分析裂纹扩展不同阶段（萌生、扩展及断裂）试样裂纹不同位置断面的成分、组织、结构，探讨含氢浓度对裂纹影响以及裂纹扩展微生物腐蚀的作用；分析腐蚀产物的成分、结构，研究超高强钢裂纹萌生诱因、生长演变及其影响因素，探讨裂纹扩展形式、扩展速率及其演变规律，研究超高强钢应力腐蚀裂纹的腐蚀动力学及其微观演化机制，建立微裂纹萌生、扩展模型，为超高强钢在海洋环境下的设计、制造、应用奠定良好的科学基础。

23Co14Ni11Cr3Mo和40CrNi2Si2MoVA超高强度钢综合性能良好， 具有高强高韧性，室温抗拉强度超过1400MPa，在航空航天、舰船、高速列车、装甲、炮、耐冲击设备等领域具有广泛的应用。然而，超高强钢在服役过程中，往往由于应力腐蚀从不可预见的微裂纹导致突发性的损伤失效，对设备使用造成巨大的危害。. 本项目以23Co14Ni11Cr3Mo和40CrNi2Si2MoVA超高强度钢为研究对象，采用不同取向、不同形式的试样，在水溶液环境、人工充氢环境和微生物腐蚀协同作用环境下，开展了慢应变速率试验、恒应变应力腐蚀试验，通过电化学极化、电化学测试（交流阻抗谱、动电位极化、电化学噪声监测及扫描开尔文探针）、光学显微分析、电子显微分析及能谱仪分析等分析手段，并结合有限元分析方法，探讨了不同影响因素（腐蚀介质、外加应力、预制裂纹）下裂纹萌生、扩展行为，分析了裂纹扩展不同阶段试样裂纹不同位置断面的成分、组织、结构，分析了腐蚀产物的成分、结构，研究了超高强钢裂纹萌生诱因、生长演变及其影响因素，探讨了裂纹扩展形式、扩展速率及演变规律。. 通过研究发现，Cl-和硫酸盐还原菌导致超高强钢表面产生点蚀，氢在材料中形成了氢陷阱或者间隙，弱化了晶界，腐蚀痕迹和氢陷阱在应力和腐蚀介质作用下促使微裂纹萌生，超高强钢裂纹扩展出现分叉现象是这两种超高强钢材料组织引起的，在应力与腐蚀介质作用下，沿马氏体晶界分叉扩展，裂纹优先从低Cr、Co、Ni和高C的方向扩展。氢在试样内部微孔富集，弱化晶界，促进了裂纹扩展。通过本项目研究，为超高强钢在海洋环境下的设计、制造、应用奠定良好的科学基础。