微合金化对超高强度低合金钢中氢行为与氢脆的影响

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51871145
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Mooring chain steel is one of the most important materials in marine engineering equipment construction. To meet the demand of building deep ocean oil drill platform, the R5 steel is developed for higher strength. However, the higher strength is partly attributed to the dislocation strengthening. It is well known that dislocation can trap hydrogen reversibly, and hence the potential of hydrogen-induced embrittlement may bury in this steel. Therefore, it is necessary for us to find methods inhibiting the sensitivity of hydrogen embrittlement in this higher strength mooring chain steel, and at the same time, considering how to increase its strength. This project aims at developing an ultrahigh strength steel by microalloying Nb, V and Ti elements in R5-based low-alloyed steel and studying the following aspects in these microalloyed steels with homogeneous fine sorbite microstructure after technology and heat treatment control. First, microstructure changings in carbide, dislocation and hydrogen distribution caused by microalloying Nb, V and Ti elements are observed from micro and/or nanoscale level. In addition, the strengthening and toughing is also systematically researched. Hence, the microstructure is understood better and the mechanism of strengthening brought by these elements is clarified. Second, the hydrogen diffusion behavior without stress and under different stress is also studied and the effect of these microalloying elements on diffusible hydrogen, trapping hydrogen, hydrogen diffusivity and activation energy is figured out. Thus, a relationship among hydrogen diffusion, precipitates and dislocation is established in theory. Third, the hydrogen-induced embrittlement is thoroughly investigated by slow strain rate tensile test, fatigue and stress relaxation. Then the critical factor which affects the hydrogen-induced embrittlement is found and therefore the mechanism to inhibit the sensitivity of hydrogen-induced embrittlement can be easily illustrated. In a word, the final goal is to provide a theory law for developing ultrahigh strength steels used securely in ocean engineering.
系泊链钢是海洋工程装备的关键材料,针对深海石油钻井平台要求而开发的R5系泊链钢强度大幅提高,很大程度上靠的是位错强化,但存在潜在的氢脆敏感性,如何在提高R5系泊链钢强度的同时降低氢脆敏感性,是亟需解决的材料科学问题。本项目运用Nb、V、Ti微合金化,使得以R5系泊链钢为基的低合金钢达到超高强度,经过工艺和热处理控制,获得均匀细小的索氏体组织,使其具有超高强度和高韧性。以此为研究对象,研究Nb、V、Ti微合金化的强化作用机理;研究在不同应力作用下的氢扩散行为;研究氢对慢拉伸、疲劳及应力松弛性能的影响。揭示微合金化元素对组织的影响,对不同应力状态下的氢扩散行为以及氢与位错交互作用的影响,对不同受力情况下的氢脆敏感性的影响。建立纳米析出相、氢扩散、位错、氢脆之间的关系;阐明微合金元素对氢脆敏感性影响的机理。最终为开发具有自主知识产权的超高强度低合金钢、提高海洋结构部件的安全性提供必要的技术支持。

结项摘要

系泊链钢是海洋工程装备的关键材料,随着钻井平台应用在深海,要求系泊链钢强度大幅提高,为此就潜在氢脆敏感性。我们提出以R5系泊链钢为基础,通过Nb、V、Ti微合金化,研究微合金化对超高强度低合金钢中氢行为与氢脆的影响。.通过添加不同Nb、V、Ti微合金化熔炼低合金钢,进行工艺和热处理控制,得到900-1500MPa的强度。.通过TEM、X衍射、EBSD、APT等手段研究了碳化物、氢陷阱、位错等微观组织,认为Nb能明显细化原奥氏体晶粒;而V不能明显细化原奥氏体晶粒。相同的添加量,Nb的碳化物细小,而V的碳化物粗大。(Cr,V)的碳化物不是氢的不可逆陷阱,(Nb,V)的碳化物是氢的不可逆陷阱。并随回火温度的升高,小角度晶界减少,大角度晶界增加;微合金元素V能阻止组织回复。因此,通过拉伸得到微合金化低合金钢的力学性能表明,Nb不能提高钢的强度,对钢的塑性影响较小;V能明显增加钢的强度,但对其塑性影响也较小;Nb与V含量增加都降低加工硬化指数。通过工艺控制达到1500MPa强度的钢,强度与微合金元素几乎无关,但V降低塑性,Nb与V复合添加,明显提高塑性。.通过氢扩散行为的研究,认为Nb与V微合金元素的添加,都能降低氢扩散系数,主要与微合金元素阻止组织回复相关,而与碳化物析出无关。应力对扩散行为的影响与组织、所加应力的大小及形式有关,可以从本身的位错、形变过程形成的位错得到较好的解释,从而通过充氢的饱和氢浓度预测可逆氢陷阱密度、氢扩散系数以及氢脆严重程度。.从DIC技术在位研究动态充氢条件下的应变场变化、动态充氢下的疲劳及预充氢后的应力松弛,得出氢能促进应力的松弛,从而促进局部变形,降低裂纹形成所需应力。通过疲劳裂纹的扩展研究,认为氢能增加较小应力场强度范围的裂纹扩展速率,结合预充氢、动态充氢的氢脆敏感性研究,从宏观试样上得出微观变形机制及氢脆机理。为提高海洋结构部件的安全性提供必要的技术支持。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
含V低合金高强度钢中氢与位错的相互作用研究
  • DOI:
    10.19947/j.issn.1001-7208.2022.04.007
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    上海金属
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪犁;程晓英;蔡贞祥;赵佩文;彭浩
  • 通讯作者:
    彭浩
应力作用下系泊链钢中氢的扩散行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    腐蚀与防护
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张晓琰;程晓英;温群锋;吴雨昊
  • 通讯作者:
    吴雨昊
铌微合金化对系泊链钢氢脆敏感性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    上海金属
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴雨昊;程晓英;赵佩文;汪犁
  • 通讯作者:
    汪犁
Effect of tempering temperature on hydrogen embrittlement in V-containing low alloy high strength steel
回火温度对含V低合金高强度钢氢脆的影响
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2021.130327
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Li Wang;Xiaoying Cheng;Hao Peng;Pei Wen Zhao;ZhenXiang Cai
  • 通讯作者:
    ZhenXiang Cai
The Character of Hydrogen Embrittlement in Mooring Chain Steel
系泊链钢的氢脆特征
  • DOI:
    10.1007/s11837-020-04022-w
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    JOM
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Xiaoying Cheng;Xiaoyan Zhang;Yuhao Wu;Li Wang;Peiwen Zhao;Li Yang
  • 通讯作者:
    Li Yang

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其他文献

回火温度对R5级系泊链钢氢扩散行为的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王思贞;程晓英;冯佩功
  • 通讯作者:
    冯佩功
回火温度对新型系泊链钢的组织与氢扩散行为的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海霞;程晓英;李恒;沈合平
  • 通讯作者:
    沈合平
Influence of mooring chain steel strength on stress corrosion cracking
系泊链钢强度对应力腐蚀开裂的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Applied Mechanics and Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程晓英;张志娟;刘文庆;王晓姣
  • 通讯作者:
    王晓姣
Direct observation of hydrogen-trapping sites in newly developed high-strength mooring chain steel by atom probe tomography
利用原子探针断层扫描直接观察新开发的高强度系泊链钢中的氢捕获位点
  • DOI:
    10.1016/j.pnsc.2013.06.005
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Progress in Natural Science:Materials International
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程晓英;张志娟;刘文庆;王晓姣
  • 通讯作者:
    王晓姣
原奥氏体晶粒尺寸对低合金高强度系泊链钢氢脆敏感性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯佩功;程晓英;张海霞
  • 通讯作者:
    张海霞

其他文献

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程晓英的其他基金

高强度系泊链钢的氢脆与海水腐蚀疲劳机理研究
  • 批准号:
    51271108
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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