高强度螺栓用钢40CrNiMoA和12CrNi9MoV的氢脆敏感性

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Cr-Ni-Mo-V合金钢因其兼具高强度和良好的塑性而得到广泛应用，尤其作为螺栓用钢，在恶劣复杂的海洋环境下，其力学性能及耐蚀性较好，在海洋工程装备中得到了大量推广和使用。在Cr-Ni-Mo钢中加…

Cr-Ni-Mo-V合金钢因其兼具高强度和良好的塑性而得到广泛应用，尤其作为螺栓用钢，在恶劣复杂的海洋环境下，其力学性能及耐蚀性较好，在海洋工程装备中得到了大量推广和使用。

在Cr-Ni-Mo钢中加入V元素，并提高Ni含量及降低碳含量，通过调质处理，不仅能够保持钢的高强度，还可以显著降低材料的氢脆敏感性，具有十分重要的工程意义。以高强度螺栓用钢12CrNi9MoV为研究对象，40CrNiMoA钢为对比对象，以期为海洋工程用高强度螺栓的合理选材提供理论和数据支撑。

实验用12CrNi9MoV钢采用中频炉冶炼成电极，并电渣重熔成钢锭，最后锻造成Φ50mm的棒材，而40CrNiMoA钢经真空感应熔炼，并浇注成电极，再经电渣重熔精炼出钢锭，同样经锻造开坯后轧成棒材。两种试验钢的化学成分见表1。

表1 试验钢的化学成分（质量分数，%）

钢	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钢的热处理工艺分别为淬火+回火（QT）和淬火+二次淬火+回火（QQ'T）。经热处理后的40CrNiMoA和12CrNi9MoV钢试样分别在光学显微镜下观察其显微组织；在透射电镜上进行微区观察；在拉伸试验机上进行常规力学性能测试；进行慢应变速率拉伸试验；进行氢扩散系数、极化曲线等测定；在升温脱氢分析设备上进行氢在钢中的陷阱行为研究；试样中氢含量的获得采用阴极充氢方法。结果表明：

（1）12CrNi9MoV钢经淬火+二次淬火+回火热处理后，其综合性能较好，能够满足高强度螺栓的使用性能要求。

（2）对于相同强度级别的40CrNiMoA和12CrNi9MoV钢，氢在12CrNi9MoV钢中的扩散能力较弱；由慢应变速率拉伸试验可知，12CrNi9MoV抵抗氢致断裂的能力较强。

（3）40CrNiMoA钢中存在诸如碳化物强氢陷阱和晶格、位错等弱氢陷阱；12CrNi9MoV钢中存在诸如位错、晶界等弱氢陷阱。在高强度螺栓应用中，强氢陷阱对螺栓的安全具有不利影响。

（3）在海水环境中，12CrNi9MoV钢发生阴极析氢的倾向性较弱，综合分析，低碳高镍钢更适合于低氢脆高强度螺栓的选材要求。

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