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一种高铝奥氏体不锈钢对于氢的应用的发展过程 文章信息 ： 文章历史 ： 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 可在线共享 2013年,氢能源出版物、LLC由爱思唯尔出版出版，所有解释权归 我方所有。 摘要 ：一种新型高铝奥氏体不锈钢已经在实验室中产生， 其目的 是发展一种对于氢环境脆化有高抵制力的精密合金化材料。 氢环境脆 化的磁化率是通过纯氢气的压力为 40 MPa温度为-50 C的慢应变速 率的拉伸测试来评估的。在这种条件下 , 屈服强度、抗拉强度和断裂 伸长在与空气中的同伴测试相比不受氢的影响。此外 , 在高压和低温 的氢环境中，非常高的氢的延展性表现为 70%的断面收缩率。合金的 精益程度反映在材料的无钼特点和镍含量为 8.0%。关于合金的概念 , 高碳、高锰、高铝含量的结合使合金在抵抗应变马氏体的形成上有一 个极高的稳定性。这方面可以通过现场磁测量和其它 x 射线衍射研 究。这种新型合金性能总指标可以参考已经在生产的 304L和316L奥 氏体不锈钢。保持完全奥氏体结构的性能已经在拉伸试验被确定为氢 环境脆化的一个关键因素。 关键词 ：高铝奥氏体不锈钢，氢环境，脆化，奥氏体稳定性， 形 变诱发马氏体 ，合金发展 前言 在移动和固定应用领域使用氢发电通常被认为是一个非常有前 途的替代可再生能源和无碳能源之一。然而 , 开发的氢能源受保证氢 安全操作的一些材料高成本的限制。在这方面 , 大多数金属材料受到 他们机械性能和接触任何氢源延性的恶化， 这种现象被称为氢脆 [1] 。 因此, 当前氢的应用利用高合金奥氏体不锈钢 , 如符合美国钢铁协会 的 316 和 3 1 0,它们都表现出较高的抗氢脆能力 [2-7] 。然而, 由于其 具有高镍和高钼含量，这些合金需要一个成本高的解决方案。因此 , 具有相同属性但还可降低相关成本的新型钢是需要的。 这种材料可以 在全球围支持可持续氢能源发展 , 这将要求巨大的氢生产、存储、分 配、和最终用途的基础设施。 几十年来，相对于其他金属材料 [8-10] ，对氢的应用的奥氏体不 锈钢由于其更高的性能，其利用已经获得了重大的关注。更具体地， 如果对易感性的氢环境脆化（HEE进行评估，前面文献与本文都认 为稳定奥氏体不锈钢对 HEE[2,3,5] 表现更高的阻抗。 在此上下文中， 术语“稳定”指的是避免了在一给定温度下所施加的应变下 和 马 氏体形成的性能。而 马氏体在HEE[11,12]中扮演一个小角色，一个 马氏体的形成总是被不利影响伴随着。特别是，遇到接受应变诱导 -马氏体转变 [2-5 ， 13-15] 更高的倾向，就有较高的塑性损失。几 个研究都集中在通过改变间隙和置换元素 [6,18-20] 的含量来增加奥 氏体不锈钢的稳定性。 这些研究表明， 增加奥氏体的稳定性已在氢气 环境中对材料的塑性回应产生有利的影响。 这不仅可以解释减轻形成 的应变诱发 马氏体的方位， 而且还对奥氏体的稳定性和材料相应的 堆垛层错能（SFE的关系进行了解释。特别是，通过十字滑移机制 代替平面滑移机制（是由低 SFE值[19,21-23]推动）。，越来越多的 SFE将有利于更均匀的变形。 以降低成本结合到对 HEE高阻性的需要已促使最小所需的镍含 量的鉴定。特别是在修饰的 AISI 型 3 1 6不锈钢中。根据不同的试验 条件[19,20,24,25] ，发现其最低值在 11.5 和13％（重量）之间的， 它的有关成本效益仍然过高。除了尽量减少 AISI 型 316奥氏体不锈 钢中的镍含量的这种策略，在关于精益合金和 HEE耐热钢的文献中 遇到的问题解决策略并不是很多。在这方面最早的贡献之一由 Louthan 和卡斯基于 1976年发表[8] 。他们提出了一个 21Cr-6Ni- 9Mn 不锈钢，商业上称为 NITRONIC 40 ，它可以作为一个氢的应用可能 的候选。 然而， 相同的工作报告中的热预充电试样在空气中在室温下 的拉伸试验之后，约 50％的延展性相应的降低。在 1982 年 West 和 Louthan[27] 出版了这种合金的更详细的表征，其过在室温下，以 -505 C ,5.5*10-5s-1应变速率的拉伸试验的方法，在热预充电和未充电 的状态下得到19不同的制造路线。不带电荷的试样在120MPa氢气退 火条件下的拉伸试验，根据面积的减小值，导致约 30％的延展性的 损失。作者总结出 “这个奥氏体不锈钢是在晶界、滑带和其他接口容 易致开裂” [27] 。最近由 Nibur 等进行的一个关于弹塑性断裂力学的 研究 21-6-9 中展现出了显著减少的裂韧性和热预充电标本 [28] 耐龟 裂增长性。正如作者