Effect of stress on hydrogen trapping state and elucidation of hydrogen embrittlement

应力对氢俘获状态的影响和氢脆的阐明

基本信息

批准号：
19H00817
负责人：
秋山英二
金额：
$ 29.45万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では鋼中の水素のトラップ状態に及ぼす応力の影響解明を目的とする。実験的にこれを明らかにするための手段として、応力負荷条件下での昇温脱離分析装置を開発して測定を行った。オーステナイトステンレスSUS304鋼を用いた場合には、応力負荷条件で測定した水素脱離ピークは低温側にシフトした。オーステナイト鋼の場合には、水素の脱離と拡散の活性化エネルギーが近く、水素脱離ピークは水素の拡散の影響を受ける。したがって、水素脱離ピークのシフトの原因としては、応力負荷によりマルテンサイト変態が起こり、生じたマルテンサイト相中の水素拡散がオーステナイト相中よりも著しく速いことと考えられた。一方、マルテンサイトSCM435鋼を用いた場合には、水素脱離ピークに有意な高温側へのシフトが見られた。これは、応力負荷により水素トラップと水素との結合エネルギーが大きくなったことを示すと考えられる。前述のオーステナイト鋼中の水素脱離に及ぼすマルテンサイト変態の影響を見るために、真空中でSUS304鋼およびSUS316L鋼の引張試験を行い、変形中に放出される水素を質量分析器でモニタリングしたところ、SUS304鋼の場合、ひずみの増加に伴いマルテンサイト相の体積率が増加し、これに伴って水素の放出速度が増加することが確かめられた。これとは対照的に、ひずみ誘起マルテンサイト変態が見られないSUS316L鋼では、水素放出速度の増加は見られなかった。このことから、マルテンサイト相生成による水素固溶度の低下と水素拡散の促進が水素放出に影響することが確認できた。また、応力が水素分布に及ぼす影響を確認するため、切欠付き板状試験片に水素をチャージし、除荷時に銀デコレーション法を用い水素分布観察を行ったところ、応力集中部近傍の水素の集積を示唆する結果が得られたものの、それを検証出来る程の明確な濃度さは見られなかった。

本研究的目的是阐明应力对钢中氢俘获状态的影响。作为通过实验阐明这一点的方法，我们开发了一种在应力加载条件下的程序升温解吸分析仪并进行了测量。当使用奥氏体不锈钢SUS304时，在应力负荷条件下测量的氢脱附峰移动到较低温度侧。对于奥氏体钢，氢脱附和扩散的活化能接近，氢脱附峰受氢扩散的影响。因此，认为氢脱附峰的移动是由于应力载荷而发生马氏体相变而引起的，并且所得马氏体相中的氢扩散明显快于奥氏体相中的扩散。另一方面，当使用马氏体 SCM435 钢时，在氢解吸峰中观察到向更高温度的显着转变。这被认为表明氢陷阱和氢之间的结合能由于应力载荷而增加。为了考察马氏体相变对奥氏体钢中氢脱附的影响，对SUS304钢和SUS316L钢进行了真空拉伸试验，并用质谱仪监测了SUS304钢在变形过程中释放的氢。，证实马氏体相的体积分数随着应变的增加而增加，氢释放的速率也相应增加。相比之下，在SUS316L钢中没有观察到氢释放速率的增加，该钢不表现出应变诱导马氏体转变。由此确认，由于马氏体相的形成而导致的氢固溶度的降低和氢扩散的促进对氢的释放产生影响。另外，为了确认应力对氢分布的影响，我们将氢充入有缺口的板状试件中，并在卸载时采用银饰法观察氢的分布，发现氢在应力集中区域附近聚集。尽管获得了表明这一点的结果，但没有观察到明确的浓度来验证这一点。