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Cr-Ni-Mo-V合金鋼因其兼具高強(qiáng)度和良好的塑性而得到廣泛應(yīng)用，尤其作為螺栓用鋼，在惡劣復(fù)雜的海洋環(huán)境下，其力學(xué)性能及耐蝕性較好，在海洋工程裝備中得到了大量推廣和使用。
在Cr-Ni-Mo鋼中加入V元素，并提高Ni含量及降低碳含量，通過調(diào)質(zhì)處理，不僅能夠保持鋼的高強(qiáng)度，還可以顯著降低材料的氫脆敏感性，具有十分重要的工程意義。以高強(qiáng)度螺栓用鋼12CrNi9MoV為研究對(duì)象，40CrNiMoA鋼為對(duì)比對(duì)象，以期為海洋工程用高強(qiáng)度螺栓的合理選材提供理論和數(shù)據(jù)支撐。
實(shí)驗(yàn)用12CrNi9MoV鋼采用中頻爐冶煉成電極，并電渣重熔成鋼錠，最后鍛造成Φ50mm的棒材，而40CrNiMoA鋼經(jīng)真空感應(yīng)熔煉，并澆注成電極，再經(jīng)電渣重熔精煉出鋼錠，同樣經(jīng)鍛造開坯后軋成棒材。兩種試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分見表1。
表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
|
鋼 |
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鋼的熱處理工藝分別為淬火+回火（QT）和淬火+二次淬火+回火（QQ'T）。經(jīng)熱處理后的40CrNiMoA和12CrNi9MoV鋼試樣分別在光學(xué)顯微鏡下觀察其顯微組織；在透射電鏡上進(jìn)行微區(qū)觀察；在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常規(guī)力學(xué)性能測(cè)試；進(jìn)行慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)；進(jìn)行氫擴(kuò)散系數(shù)、極化曲線等測(cè)定；在升溫脫氫分析設(shè)備上進(jìn)行氫在鋼中的陷阱行為研究；試樣中氫含量的獲得采用陰極充氫方法。結(jié)果表明：
（1）12CrNi9MoV鋼經(jīng)淬火+二次淬火+回火熱處理后，其綜合性能較好，能夠滿足高強(qiáng)度螺栓的使用性能要求。
（2）對(duì)于相同強(qiáng)度級(jí)別的40CrNiMoA和12CrNi9MoV鋼，氫在12CrNi9MoV鋼中的擴(kuò)散能力較弱；由慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)可知，12CrNi9MoV抵抗氫致斷裂的能力較強(qiáng)。
（3）40CrNiMoA鋼中存在諸如碳化物強(qiáng)氫陷阱和晶格、位錯(cuò)等弱氫陷阱；12CrNi9MoV鋼中存在諸如位錯(cuò)、晶界等弱氫陷阱。在高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用中，強(qiáng)氫陷阱對(duì)螺栓的安全具有不利影響。
（3）在海水環(huán)境中，12CrNi9MoV鋼發(fā)生陰極析氫的傾向性較弱，綜合分析，低碳高鎳鋼更適合于低氫脆高強(qiáng)度螺栓的選材要求。
