一种高铝奥氏体不锈钢对于氢的应用的发展过程

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：2023年11月5日收到2023年2月11日收到修改稿2023年2月25日接收2023年4月4日可在线共享2023年版权,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40MPa、温度为-50℃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1.前言屯在移动和固妹定应用领域返使用氢发电戚通常被认为逐是一个非常挡有前途的替伍代可再生能灭源和无碳能体源之一。然课而,开发的刘氢能源受保碌证氢安全操精作的一些材临料高成本的讨限制。在这雕方面,大多均数金属材料梅受到他们机傻械性能和接掉触任何氢源雕延性的恶化溪，这种现象烈被称为氢脆淹[1]。因退此,当前氢愤的应用利用浸高合金奥氏界体不锈钢,斑如符合美国狗钢铁协会的泊316和3搂10,它们少都表现出较递高的抗氢脆终能力[2-低7]。然而凤,由于其具词有高镍和高纸钼含量，这暖些合金需要柏一个成本高咳的解决方案当。因此,具盲有相同属性判但还可降低丰相关成本的位新型钢是需齐要的。这种抢材料可以在霞全球范围内华支持可持续狂氢能源发展仔,这将要求欣巨大的氢生蒸产、存储、砍分配、和最基终用途的基拣础设施。块几十年来，稀相对于其他蛇金属材料[粥8-10]件，对氢的应免用的奥氏体喂不锈钢由于韵其更高的性灶能，其利用克已经获得了希重大的关注屠。更具体地精，如果对易动感性的氢环幼境脆化（H遣EE）进行踏评估，前面博文献与本文级都认为稳定卫奥氏体不锈暂钢对HEE表[2,3胸,5]表现棵更高的阻抗宗。在此上下珍文中，术语族“侄稳定疾”幻指的是避免倍了在一给定充温度下所施纯加的应变下肃和浊马氏体形成座的性能。而执马氏体在H船EE[11亦,12]中段扮演一个小扔角色，一个龟马氏体的形设成总是被不候利影响伴随篮着。特别是栋，遇到接受受应变诱导载-马氏体转己变[2-5想，13-1病5]更高府的倾向，就狭有较高的塑撑性损失。几贩个研究都集屠中在通过改某变间隙和置焰换元素[6振,18-2述0]的含量趋来增加奥氏雾体不锈钢的行稳定性。这界些研究表明缘，增加奥氏呆体的稳定性扯已在氢气环坦境中对材料著的塑性回应百产生有利的粗影响。这不较仅可以解释后减轻形成的犁应变诱发躺马氏体的方乔位，而且还石对奥氏体的帅稳定性和材笋料相应的堆藏垛层错能（斯SFE）的须关系进行了助解释。特别铺是，通过十举字滑移机制尝代替平面滑孤移机制（是闻由低SFE粒值[19,抖21-23插]推动）。榆，越来越多拣的SFE将奔有利于更均抚匀的变形。需以降低成本淋结合到对H诵EE高阻性深的需要已促只使最小所需锯的镍含量的唇鉴定。特别冰是在修饰的约AISI型脊316不锈话钢中。根据蜓不同的试验链条件[19震,20,2径4,25]呆，发现其最俊低值在11兼.5和13逃％（重量）糖之间的，它虫的有关成本错效益仍然过串高。除了尽则量减少AI降SI型31李6奥氏体不都锈钢中的镍吹含量的这种稼策略，在关掏于精益合金听和HEE-睛耐热钢的文梦献中遇到的板问题解决策泰略并不是很旧多。在这方辜面最早的贡息献之一由L扑outha踏n和卡斯基旷于1976坦年发表[8弊]。他们提法出了一个2危1Cr-6桥Ni-9缺Mn不锈钢歪，商业上称穷为NITR周ONIC辛40，它姜可以作为一乘个氢的应用看可能的候选美。然而，相罚同的工作报艇告中的热预抬充电试样在季空气中在室岂温下的拉伸割试验之后，渡约50％的便延展性相应场的降低。在仍1982年破West和贫Louth怪an[27宝]出版了这弱种合金的更饿详细的表征棍，其中通过旬在室温下，母以-505省℃谊,钓5.5*1节0咽-5遇s贫-1怜应变速率的另拉伸试验的查方法，在热程预充电和未穷充电的状态砌下得到19旦不同的制造惨路线。不带辩电荷的试样惧在120M怜Pa氢气退油火条件下的连拉伸试验，平根据面积的笛减小值，导糟致约30％泛的延展性的畏损失。作者海总结出金“攀这个奥氏体跳不锈钢是在征晶界、滑带隔和其他接口他容易致开裂集”灭[27]。载最近由Ni系bur等进牵行的一个关捏于弹塑性断淋裂力学的研董究21-6兔-9中展现聚出了显著减孩少的裂韧性贱和热预充电怖标本[28疮]耐龟裂增旷长性。正如塔作者详细的泡研究讨论，宏高浓度的氢乌可以修改2咽1-6-9跪不锈钢的断燥裂机制。此讽外，考虑到片由于没有应趟变诱发马氏港体相变，氢站辅助的断裂块可通过促进逝变形[28期,29]的择局部化的变病形机制手段熊解释。斧Louth部an和Ca孕skey文宰献[8]也沃介绍了另一滨种氢应用候涨选的合金是纳22Cr-从13Ni-夕5Mn钢。拿这种材料具诸有非常瞩目终的特性，因拌为它结合了下对阻止诱变血马氏体的形虽成的高稳定净性、由于施部氮高强度和线在氢预充电巧状态[30构]高的断裂傅韧性的高稳嫌定性。这种供合金的氢应塔用的唯一的灯缺点可能是蝶由较高的镍稻含量带来的须成本限制。唤在这种情况理下，在-5帆0菌℃宽进行的10棍MPa的氢品气气氛慢应租变速率拉伸荒试验[31痰]证明由锰洁换镍和氮素乘添加是不成副功的。具体洲地，尽管转寺化成应变诱话导巷马氏体材料皂的比例可以旨忽略，但是仁该材料的延乒性反应严重王减少。这种休脆性行为主侨要是由于氮鼠在促进短程仇有序的作用姑和因此产生毙的较高平面饭滑移变形[盖31-34喷]中的程度忙。性本研究的目值的是设计一惜个精益合金吨和HEE性硬奥氏体不锈叼钢作为在室童温和零度以燃下且高压下血氢应用的潜约在候选者。输这种新型合瞎金通过高压负氢气慢应变紫速率拉伸试累验方法经验思开发并且合忘格。已经知迟道HEE敏浙感性的温度栏和应变速率破(5、1六3、25，罚35-39体)的依赖性茎,开发材料辜和参考合金现(304厌L、316火L)可以吹在-50饥℃扁，呼5.5*1偷0找-5分s推-1旦和坝40MP目a的纯氢气酒进行测试,房这是对HE虹E的最大敏报感性的条件导。掏2.试验牢情况贺2.1合琴金化概念瞒关套于新型材料叙作出的第一趟个步骤是采赴用精益合金刷化的奥氏体橡不锈钢的标叼称成分，例打如：AIS史I304型喊，这是开发秋合金的基础姨。该步骤依料赖于奥氏体速不锈钢比铁德素体钢[4病,6,8-式10]表现都得对氢脆更课高的抵抗力榴的总趋势。态以下三个不线同的方面被剪认为是合金顺化概念的里求程碑：a）姓充分的热力伐学稳定性，蝴在工业溶解似的退火温度伞下确保完全宫奥氏体相，诚b）姜足以抵抗应棕变诱导睡-奥氏体形姑成的稳定性黎，以及c）雹相对较高的栽SFE。一芽个淬火后奥任氏体组织要班求在标准退宵火温度下提付供一个广泛这的奥氏体相渔场,这也可蹦以通过工业疗加工。第二扁步是避免应革变马氏体转愚变，这被认浪为是在合金席开发过程一伟个强制性的粘一步。众所耐周知,一个遮完全稳定的嫌材料并不能纸保证对HE蹦E的高阻抗刘[15，3呀1，40]脑,但是在渐亚稳合金[舅5，13-握15，26尿]中，对H疲EE无抵抗碗力也是可能脉的。第三方生面,具有相蹦对较高的S苏FE是增加陈合金的稳定厉性的必要特叫性。具体地意说,通过抑娱制平面滑动炉[19,2神2,28，详41]，高构SFE预计纤将引起更多喇的均匀变形慕。由于这个始原因,进行论均匀变形的猾可能性是在承氢辅断裂中粘抵消氢的影熔响的一个至仓关重要的因禁素,它包括遗变形的局部洁化[29，极36，42涝-46]。形在这项工作鄙中，并且为包了满足上述叹要求，与其渠相关五个元蜘素被确定为劈所述合金的轨主要组成部判分，即：碳厘，锰，铬，拆镍和铝。然惕后，用满足攀热力学计算绑的方法（相呆图计算方法投[47-4苏9]）定义顷表1中关键椅成分。分别独元素锰、镍耗、铝的添加扛把新的合金根被确定为判“常10-8-边2.5孝”脑。费辉.合金丈元素的作用映从表1中可齐以看出，1染0-8-2统.5钢是一痰种高碳合金颤钢。其目的蛙是最大限度持地提高碳含怠量，因为它丝对在第2.始1节中提到锯的三个方面挑有利。即，毒它不仅奥氏阔体在固溶退域火温度[5中0]的热力睡学稳定性，妙而且增加了耗对烂形成的机械菌稳定性。从铁在MD30动温度表达公欧式（1）中厌碳的贡献则芽可以推导出李最后一个方济面。这个公塘式可以估算循出使50％茶的奥氏体转招变转变为马祖氏体[51绸]产生30顿％的真实应该变时的温度杂。因此，M跃D30温度恒值越低，应柿变诱导相变激成坚的合金越稳房定。另外，尸添加碳也可厉以增加的材腰料[52,筝53]的超贝临界流体萃丽取。在铬的龟合金化的情混况下，增加球其含量会增浊强对抗刚（公式（1否））形成的握稳定性，但影同时也将降鹿低钢[5晕0]的SF测E和热力学但稳定性的肃fcc范围跌。因此，铬染对奥氏体不括锈钢的SF影E产生了一枝个很大的不财利影响[楼52,54遭]。因妖此，其含量借降低到重量擦“匆允许的最小域”膊水平13％斧。这个量在东这里不进行叮评估，它应痕与足够的耐婶腐蚀性和在香溶解退火温踩度下润“昌最小粮”忘铁素体稳定锡化的作用结子合。作为合栏金元素的的杰使用以增加虹材料的超临拉界流体萃取闻的目标基础贺。铝是在此请性能方面有爷强大而积极遗的影响[5仙5,56]丢。锰的合金徐化有两个积捡极的贡献：炼首先，它提访供了在固溶箩退火温度[市50]下面逝心立方相的筋热力学稳定互性，其次，告它增加了合杨金抵抗马氏启体转变（公批式（1））管的稳定性。计然而，加入筝的锰也有消叫极的方面：潜它降低了在枝奥氏体不锈洗钢[52,永54]的S镇FE。因此阔，更重要的饱是由于锰在出形成和面心村立方相的热袋力学稳定性结的影响。因截此，10甜%的锰添加并到铁素体的笋稳定化效果和相当于铬和评铝的添加到宵铁素体的稳筝定化效果。纯最后，考虑币到成本效率徒，镍含量要菌保持在AI参SI型3饰04L不锈富钢，即8屡％（重量）摸的水平，并荐且合金化处唯理没有钼。斤即，提供的田热力学稳定背性[50质]，旺的形成（公宗式（1））树的机械稳定甚性，并提高灿了SFE狐[52,5慌3,57]豆。花2.2.驰合金的生产峰和测试怜蜘.生产彼合纵金10-8骡-2.5是疫在实验室中易用真空感应物炉冶炼铸锭唉产生的。3孕公斤的重量坑和直径50红毫米铸坯预绳加工到42盾毫米，再经屿过几次热加泼工到最终直晶径16毫米降，随后水淬引。在文献[绳58]中，塞长度30毫霞米和直径5乞mm的六个纳拉伸试样通洗过湿法车削传方法从锻造培棒材中心被嫂加工出来。厅随后，把试辩样在工业真候空炉在10撤50帅℃典热处理30锻分钟，，其攻次是在20驾0kPa株压力的氩气植中淬火。最否后一步是要杜在氢气[5驼8]测试期句间对材料的灵性能的避免雀车削操作不元良的影响。括经过热处理市后，把合金拦10-8-越2.5两个率拉伸试样上列，手工抛光游到1微米，村减少几何变意形。所有四荒个试样（2既个研磨抛光短和2无研磨韵抛光）进行脚氢试验，其隆余两个作为配参考在空气喘气氛中进行辅。柿参考材料是娘奥氏体不锈膊钢AISI壳304L型扰和316L行的德意志E矩DELST悄AHLWE货RKE（D须EW，德国脖）提供的半歇成品。拉伸致试样被加工肃成一个直径扑30毫米的也棒料中心，硬并且以相同国批次的合金产10-8-临2.5的试炸样进行热处永理。表1为完参考材料拉饱伸试样化学拜成分的测量沃结果。在这宝三个研究的贵合金在上述粗的生产路线隆引起了亭的平均晶粒催尺寸（AS舌TM粒度号洲G前¼茄6.0）。钻垂.测试住三种材料在俘-50苹℃低在空气和纯式氢气（傍99.99裁99％H鉴2卫）下进行了裁拉伸试验。此空气中的试择样在环境压支力下测试，桑在测试的试裙样压力40远MPa。在贩氢气气氛中挖测试，将容育器在1MP慨a下用纯氮掏气清洗三次配。其次用纯流氢气在1M慈Pa连续8个清洗，然披后将容器填妹充至试验压贤力。此程序泡可确保安全顽性和气体纯盛度。根据A徒STMG蛮129标准哭[39]，奥在空气和氢锤气的测试中堵，使用满5.5*任10考-5茄s店-1欧的初始应变惧率。在氢试拼验的情况下久，使用在所禁有情况下的价内部载荷传涛感器测得负笑载。在空气厚/氢气环境余下使用卡规灭/伸长测量串计，以确保霞的0.2％号弹性极限应爸力。可测得丸的性能有屈任服强度（R应p0.2）寨，极限抗它拉强度（R返m）和延伸帖到破裂（A闻）。此外，速用数码卡尺枕测量试样的傻初始和最终愉直径的缩颈科围可得到（鲁Z）中的减童少值。这个甜Z的参数是映金属材料对禾HEE的易剧感性的一个展非常敏感的手测量[5,静15,21爷]。肃2.3.乳特性描述数蚕.显微结带构和断裂面翠在拉伸试样袄螺纹部分的工纵切面用金战刚石研磨膏罩研磨和抛光鞋到1毫米，诚进行金相准局备。然后用幸V2A溶液竹（100m素lH梁2戒O，加入1铅00ml荷HCl，将浓10ml昼HNO僚3响），以显示促样品的微观挽结构。通过尘光学显微镜气观察蚀刻的尝样品，而用洗LEO15甜30-VP偏扫描电子显秋微镜（SE唱M）的装置敢通过能量色用散X射线谱退（EDS）干，把抛光条活件下的样品痕用于非金属词夹杂物的鉴寿定。参用VHX-漏600D数壁字式显微镜帐（Keye拉nceG扬mbH，德第国）可以得谅到在宏观尺欧度上断裂面疲和颈缩区域遵的初始表征蜡。数字图像锈是采用RZ扛-20透镜歪和一个50幕倍的倍率光象滤波器，在浅所试验的条册件下得到的床.在获得断价裂的宏观图作像后，将断绣裂面经由二破次电子与S披EM对比研适究。援北.奥氏体稳泊定性羽随后就地使窑用FERI粪TSCOP旋EMP30铅设备（He平lmut舟Fisch堡erGm童bH，德国直）磁感应法老得到拉伸试旱验过程中马糕氏体的形成科。由于前期秋的研究已经巡表明，负载萍状态影响了晚材料的磁性叉反应。，在赌-50狡℃改空气氛围下佩进行这种类忧型的测量。员使用1.7腥的修正系数创[59]把央表示铁素体奸等效物的仪香器读数转换临成未马氏体的质渣量分数。弟对空气和氢鸽气的测试样规品的剩余部国分通过X射杜线衍射（X污RD）装置务进行主体材臭料中形变诱栏发马氏体的狡形成的第二弃个测定。纵乐向切片金相榨制备出前标斧距长度。然诸后从断裂面达和距长度的嫩开头之间中原间点使用X辈PERT-真MPD衍射蔽仪在（扭62足o-言165极o音）2称θ宝的范围内C良r-K辐射计获得衍射图昏案。把所得业到的图案与惯由成田等发盘表的304弊型不锈钢中潜和昏马氏体用的案数据进行比捏较[60]拉。结果慎3.1.热兽力学稳定性插勾乔在表1中合属金10-8还-2.5的粉计量化学成落分，用于计梅算相应的相冤位图。其中懂把0364使-5916躺软件THE味RMOCA期LCS犯[61]在物与热力学数竖据库TCF融e6.2必[62]结叨合使用。所艘得到的图如淡图1，其详中虚线示出刊了相应碳的衰等值线。可别以看出，合涉金10-8蚂-2.5呈椅现了一种主摸要的铁素体马凝固。此外鞋，在碳含量乱和温度范围狂的宽奥氏体刘领域表示出吼充分的热力册学稳定性。跨从而通过溶粗液退火处理催，接着进行割快速冷却的光方法可以获漂得完全奥氏施体组织。特靠别是，可在跟涵盖了标准忧的工业实践姑的责1050和恳1150致℃蛾范围之间进量行处理该材浪料。同样，销热力学计算恢表明，稳定阿的氮化铝（财AlN）已停经在熔体中凝形成。因为洗这个阶段的倡发生是由于愉残留的氮含钱量（总是存牲在于有一定英规模的实验窜室生产）瓶，所用的材买料的微观结怖构与AlN升体积分数有正小的关系或魂者不相关。闸3.2.显洗微组织和力呼学性能测试梁在测试前，黑由于第2.麻2节中所描辫述的生产过茶程的一个结云果，所有的博试样表现出夺典型的奥氏遗体组织。3绕种合金分别锋在-含5讯0借℃踏大气压力下煌的空气中和限在40MP项a的氢气气削氛中进行拉碰伸测试，如厅在2.2.奖2节中描述界。图3中为碗两种气压下畏的示例性的偏拉伸曲线，拔其中从拉伸三曲线的表象低可以推断所咽研究的材料领中的第一差边异。观察到你AISI型掠304L不练锈钢有一个肿显着的应变物硬化，而3嫁16L和1雄0-8-2亡.5合金呈上现平稳和更袭韧性应力/失应变响应。并在这两种环丹境中的拉伸恐曲线的比较宏表明，受到榴氢影响的3炊04L钢的丢拉伸强度和猜断裂伸长率法严重降低，趋而316L敬和合金10窑-8-2.齐5在空气和军氢有相同表市现。此外，煎合金10-时8-2.5牛和所参考的期AISI型渡316L不催锈钢在氢气淹气氛中有非鹊常类似的曲强线。厘与之前的曲苍线相关联的鼓拉伸性能的舱值和的计算杀一起示于表恢2中，作为刃在相同的条姥件下进行两上次试验的平刘均值。还包绩括手工打磨焦合金10-非8-2.5墨的试样的平提均值额外的陶部分。列于而表2的结果钞表明，在任邻何情况下拉证伸试验中的苏外部氢气不场影响屈服强域度。另一方行面显示31努6L和合金翻10-8-热2.5对氢策的存在下引参起的拉伸强览度和断裂伸咽长率没有不叔利影响。两宪种情况下略轨低的唯一的陵参数是捎断面野（Z）问收缩率主。在这方面赶，在气态氢党测试的合金炒10-8-腿2.5抛光吵试样的变量球对于面积减浩少与低断裂亭伸长率有改功善。咱胶邮除了面积的削减小的值，装三种合金的背延展性响应渴的直接印象灵从图4中鉴所示的为测磨试试样的颈会缩区域的宏税观图像获得晓。这一观察宰举例证明荡AISI型纺304L不域锈钢的宏观猴脆性行为，手与参考材料量316L和跨新型合金1砍0-8-2张.5的非常辱高的延展性盒。在此放大确倍数下，在甜合金10-帽8-2.5互断裂面上能仓够识别横向秩裂纹，而在迟316L钢阻上明显。另杂一方面，在塔图5中所描顽绘的合金1怨0-8-2妻.5的抛光阁试样表明，矩在氢气氛中瘦没有断裂面侧横向裂纹，位而有一个典胜型的杯锥体市断裂。命来.奥氏体的乘稳定性涉通过对三个尺研究合金的大体积测量，损得到奥氏体饼稳定性的主合要特征，旨很在检测铁磁罩相的存在。盾在-50枯℃失空气中的拉育伸试验过程酸中用头Ferit坑Scope智MP3夸0贷设备测量铁分素体等效值销，然后把它朴改成己马氏体的质检量百分比（蛛参见2.3厉.2节）。搁图6为所得浸到的曲线。为如图所示，随所有的材料摔从零质量比区、零应变开矩始，这意味头着在拉伸试龟验开始时是蛛一个完全奥叮氏体结构。科随着测试的把进行，立即萝出现两种倾卖向：首先，帐AISI箱型304L围低稳定性对潜于工程压力痒高于10%冰，其次，合桨金316L百和10-8秒-2.5的埋非常稳定的汇演化与变形皮。关于最后好的两种材料扇时,票的百分比保茫持在接近零轨相应的工程促应变到45跑％。合金1驰0-8-2狡.5显示出蛋比316L遍钢更稳定的惜结构，具有承对于最后的舒铁素体等效热阅读的姥马氏体的1励.8mas甜s％。教除了磁反应付测量，在空访气和氢气中社对试样的纵挖向面进行了渣X-射线衍克射分析以说角明腐和汉马氏体的形献成。如图7胃中显示的结封果给出了筒相和字相的识别，叫而患相没有任何给显著的贡献限。成根据贼-反射的强恩度，合金3辫04L似乎愈不太稳定，熔而在316落L钢可以在急连续的鸡-反射识别塘-马氏体的灭存在。图7踢还示出了合阵金10-8押-2.5是炭三种材料中拍最稳定的。睡它具有一个引几乎完全奥分氏体结构。条此外，X-闯射线衍射分丢析表明，该补测试环境对引合金316爱L和10-植8-2.5颤中撕马氏体的形泼成没有影响板。与此相反呆，304L辆合金在空气罗气氛疾的形成对于喷氢更为明显保。这与在空估气气氛中有钥更高的变形退程度。类似跟地，对于主泳体材料中埋的形成，X单射线衍射图睁案和磁感应些方法之间有检一个非常好蓄的相关性。镇3.3.合观金316L压和10-8碎-2.5断桨口分析常在三个合金高上进行断口慕分析，是为猎了比较在氢寒气气氛中断杜裂与对应空偷气中的失败愉。所有的空参气测试的标灯本展出了杯狼锥型的韧窝膨断裂。由于辞图4清楚地鲜举例说明了答三种合金在须空气中的断树裂的类型，设仅在图8中窄的测试条件套下才呈现出袜合金10-例8-2.5净的断口。该让图中示出了部三个区域的扫二次电子图队像，可以根挥据低放大率葵图像的左上傻角区域得出刑。这些区域胸包括中央的事颈缩区域（恰1），中间境放射带（2搬），和外剪暮切唇区（3河）。该选择垦与拉伸断裂子发生的三个基阶段对应，南这连续的三疼个阶段是：解在1的中央引裂纹开始和似生长，在2煌中沿剪切面尤增殖，在股区域中3断拿裂的终止[河63-65政]。如图8畏可以看到,门在区域2，熔浅和等轴的笑凹痕也证明怎了韧性的增粪殖。该凹痕达的开口端朝胁向试样表面困的事实表明泡，断裂增殖证从中心向外去侧区域发生旧，如图8勒-3[65光]中的箭头棋所示。。标在与空气的司情况对比下稿，合金10歇-8-2.害5特征的氢蜜测试试样把龄故障与外区筝混合起来，磁在断裂表面谷的其余部分谈显示出氢辅绵断裂和论韧窝型境断裂，如图判9所示。氢痛气辅助断裂脱的区域确定谱了在3号，柳并且在低倍瘦镜下显示斜嚷线图像更明帖显。氢影响流的区域分布激在断裂表面片的边界，并泳被彼此分开趣。他们约占味整个表面的具23％。表句面的其余部雁分为役韧窝型科断裂，但有槽两种不同的施形态。而区搂域2是小而懂浅凹坑的相慢对光滑表面屡，区域1是迹不平坦的表顶面，且凹部粥具有等轴和弱更深的结构废。恢在氢中参考冲材料的断口亲分析表明，致304L有馅与一些晶界隐破裂（此处氧不列出）类缸似的晶内解贞理状失败，坏而316L滩钢与合金1办0-8-2股.5呈现相登似的断裂性纲。后者如图添10所示，售在其中显微轿镜照片的图律3表示氢辅棵助状断裂，峡区域1和2跟表示息韧窝型欠断裂。氢影伙响区域对应萝约17％的域表面。姜在图11中聪合金10-杀8-2.5探的试样得到机了相当令人遗印象深刻的蔬断口分析结汉果。图9中触观察的的混补合失效模式助完全改变了表三个区域嫌韧窝型扁断裂。在氢井气中的抛光后试样的失败惕与在空气中大（图8）的炭非常相似，三根本没有氢述致断裂迹象拼。此外，外炼部是切变裂盏痕（3）的镇断裂面以细嗽长的开放式粥的凹痕为特俯点，这表明奥从中心向试宰样的外部的敢增殖方向。锤这与在空气哈中观察试样颜的结果一致特。4.讨论蚕稳定的奥氏壤体不锈钢显益示对HEE绞的高抵抗性丙，而亚稳定品钢呈现对H黄EE[2军-7，26礼]较差阻力凡。这种相关斑性已导致在早奥氏体不锈浇钢中HEE炒在应变诱导收马氏体相变聋中起几乎全始部的作用。密反过来，应葱变诱导火马氏体相变寇一般被认为策是材料的标旨称化学组成萍的重要部分蛛，特别是，属镍含量或与葬镍等效值相道应的函数。锈然而，在奥催氏体不锈钢窃中HEE的梅问题不能被警减少到一个损标称组成或撞镍等效值的吵范围。所有与这些方面必宰须与耐HE列E奥氏体钢忠的发展过程冤中应变诱导剂马氏体相变脾的出现一起夹考虑。在这再项工作中，腥该合金的开莲发过程是基革于前述方面益的修正值的见三个主要属蒙性。具体而夹言，把抵抗刺应变诱发删马氏体形成贷的非常高稳舞定性，和由颈相对高的超涨临界流体萃蠢取的方法进越行均匀变形罪的可能性相浊结合，可以愿得到一种奥府氏体组织。缘而新型合金购10-8-疑2.5已颂经验证前两娇个要求，无淘论SFE和纠相应的变形杰机制的实验经评价都是未麦来研究的一坡部分。对于听在这项工作着中研究的合遮金，参考材到料304L跑和316L敌定义了对H涌EE的高抵帜抗的边界条脸件。新型合闷金可以在两变个边界条件予之间选择，赚而在高阻力羽一侧，即它俊以AISI攀316L老型不锈钢相亏同的方式进捏行。裕在这项工作岁中，研究的锻合金中主要州和最重要的富差别依赖于种对应变诱导透-马氏体相阅变奥氏体相勺的稳定性。艘在测试和表型征过程证明们了304L廊钢的低稳定剧性。在图3傲所示的拉伸芦曲线表示的醒是微观结构轿的变化的第粉一个迹象，应其中在两种蝇气压下均观邀察到强应变狡硬化。这些涝值连同图4柜中概述清楚胸地证明该合姿金对HEE榆的高敏感性阀。通过材料捉[5,13铜,14,1更6,17]长观察到30月4L钢的宏穴观低延展性处在促进氢的叶渗透和流通界中与识马氏体的影感响有关。挥与304L组钢合金对比雪，316L尾和10-8环-2.5都环对降马氏体劳有非常高的偶稳定性，并泄且在拉伸强寇度和断裂伸由长率方面没案有外部氢的与不利影响。坛这两种合金沿只有在氢气碗体环境（表龙2）断面收域缩率（Z）轨的影响较小卵。比在Z值窝的区别更重筝要是图9和各11中合金际10-8-底2.5在机途械加工和抛疮光之间试样学发生的失效登模式上的变撕化。这些条悄件有利于氢琴致断裂以表州面的开裂[拌46]的形废式出现。只匠要这些表面呢的裂纹增长脚是由外部氢岁辅助，可以雁得到图9-不3类型的断吵裂面。由于蛾新合金有一绝个非常高的梁面积减少（喊表2），所聪以随时间变环化，在试样驼的颈部表面冶附近发生氢缘致断裂是很律可能的。因辆此，在表面抛引发氢致断搅裂和散装材善料的自然预游期故障之间窄发生竞争。仆从图9中给面出的断口形坝貌，可以推私测出氢辅助糊区域（3）判的的发展集青中在材料整尊体性质的某要一点，导致霉断裂模式的叛变化。念一个类似的哄推理可以应工用于如表1号0所示合金纹316L的斥断口分析。州即，在某些权位置上的应恰力集中高到殿足以允许氢域气渗透时，施外的部分影拖响氢气氛，江和散装材料领能够掌控的种氢致断裂的消进展。合金点316L更递高的清洁度宿（图2）预泪计将在材料幻表面应力集肥中的减少上指发挥有益的闸作用。后者拥可以解释在最受氢影响的刃区域分别为驼17%和2群3%这种材强料和新型合漆金之间的差少异。批虽然对HE吧E易感性的钩抛光表面的冒有益效果已病在文献中报深道[21冰,67]，坛按照简单的招表面处理不僵能解释在图词11中给出扇了断口结果某。在-50尽℃缩在40M展Pa氢气氛甜中测试的合盈金10-8权-2.5的喘抛光试样，韵可以观察一缩个完全韧窝够断裂。此外役，那些在空划中的测试试促样与在（图导8和9）的建氢气气氛中轻机械加工的规样品相比形蛇状，尺寸，堡和凹坑的分导布与有更多宫类似。由于仍表面处理，伸在外部氢[疾46]拉伸插试验中出现析的表面裂纹办开始和增殖哪将被抑制。饿因此，如果甚避免了表面怨裂纹的产生义，该材料将绣从试样[6暮3-65]挡中心向外部拣以自然的方凡式变形。考雀虑到这种类渣型的材料[阻16,21钓,58]重慢要的吸收氢秀不能通过扩狡散发生，材芒料变形和外园部氢气氛的嘴主要相互作锄用下是氢原宴子的。在这属个方案中,欺如果新合金趴通过交叉位纹移容易变形码，在入口的凯氢原子将分病布在不同的住滑动系统和排变形进行局定部化的风险鱼会减少。因驼此,如果在合微观尺度上湾变形的局限妈避免，韧性连宏观反应就饱可以预期。贵该合金10葬-8-2.扇5的整体性蒙能可主要在挪对应变诱发里马氏体相变利的稳定的基糟础上理解。渔具体地，图疯6和7清楚剃地表明该合斥金相对于参絮考的316责L具有较高颜的稳定性。认然而，除了敬足够的奥氏鲜体稳定性等捷属性，还需率要其他属性律才能获得H棍EE-耐磨渗材料[40恢]。在合金定10-8-足2.5的情塑况下，在塑客性应变下发肺生均匀变形扫的可能性被钟认为是必要创的额外的属净性..往毫无疑问，糊对合金10唐-8-2.妖5的氢气辅图助的断裂进精一步调查是音必需的。特诚别是，SF蓝E的实验测傅定，变形机重制的完整描盼述，和断裂释力学性质主齐要解释了该既合金中的氢芒的行为。然切而，这种材撤料在40M乏Pa的纯氢芝气和在-5拨0C下的性织能意味着它剖是氢能应用脑的一个有希俩望的候选对猛象。结论除一丝种有着对氢梢环境脆化（狐HEE）高屿阻抗力的新框型的精益合惭金化的奥氏歇体钢在实验蠢室中可以通喇过实证方法穷手段开发。秩特别是，高以碳、高锰和匀高铝含量的沿组合是无钼搭且含镍量为犁8.0%材舱料的基础。院与两个营利舟的AISI塞型304很L和316严L钢相比，税合金对HE嚷E的敏感性医是借助于4围0MPa纯殃氢气环境和祥-40排℃基的慢速率拉狠伸试验为评总价标准的。拴在这些条件苏下，新型合氏金表现出与鉴316L的耽参考材料等针效的对HE贵E的高抗性帆。这是主要变是，该新型割合金的整体敲性能，可以火在对应变诱陪发马氏体的臂形成非常高军的稳定性的贩基础上理解宣。此外，在秃氢气环境中困材料的高延工展性表明了狸在塑性应变惜下发生均匀椅变形的一定全能力。在氢蚕气气氛中的慰新型合金的炊性能意味着办它是氢能应源用的一个有妥希望的候选愉对象。最后够，通过考虑妻钼的不存在没和与钢31匀6L相比超呈过4%镍含搂量的减少量劲，合金附加燕费预计将显鄙著降低，从娇而表现出一跌种构件在氢浩环境中运行沟的成本效益庙。鸣谢：敏作者非常感敞谢以合同号堆03278腿02D为根均据the慕Bunde乳smini次steri离umfu宁¨楼rWir脆tscha赚ftun壁dTec缸hnolo枝gie(B常MWi)的盯财政支持。预这些在氢环窑境的拉伸试撕验是在煌“愚焊接研究所捐”绒（TWI，拜剑桥，英国汁）中进行的附。参考文献：触[1]B至irnba打umHK玉.Hyd刊rogen晒embr飘ittle司ment.纠Ency贿clope生diao宰f悄Mater塔ials:贫Scie朗ncea乎ndTe乌chnol熔ogy2努001:3穴887e9狮.过[2]E拒lieze盘rD,统Chakr蒙apani磁DG,遥Altst爸etter套CJ,扫Pugh节EN.I袖nflue冶nce决ofau甲steni腰test祥abili肠tyon宇the裳hydro例gene虹mbrit翅tleme前ntan疤d前stres且s-cor顽rosio丈ncra槽cking泊ofs习tainl践ess-s杀teel.邀Meta占llurg龙ical碰Trans唐actio禽nsA其ePhy税sical吹Meta净llurg辉yand歇Mate绣rials莲Scie狼nce重1979;弃10(7)信:935e管41.坚[3]S司ingh帮S,Al呜tstet蛛terC闸.Eff盼ects血ofhy扔droge介ncon扰centr帽ation黎ons桌lowc臂rack-冬growt亩hin克stain屑less-睛steel零s.Me半tallu坛rgica谦lTra灵nsact斩ions迫A198黑2;13(踩10):1景799e8疏08.湿[4]P这erng间TP,A帆ltste迎tter氧CJ.C寿ompar头ison摘ofhy商droge诊ngas隙embri笼ttlem励ento乒faus些tenit详ican誉dfer踏ritic想stai锦nless任-stee文ls.M冒etall醒urgic所alan呆dMat蝶erial痛sTra绝nsact孤ions村AeP庸hysic旬alMe熊tallu堡rgya胃ndMa忌teria胶lsSc估ience弹1987嘉;18(1李):123新e34.[悬5]Ha辅nG,伶HeJ,乎Fuku衰yama欣S.Ef金fect往ofst施rain-桑induc按edma笼rtens卸iteo可nhyd场rogen婚envi页ronme捎ntem禁britt主lemen泊tof仓sensi诵tized赞aust苗eniti辉csta猎inles喘sste忘elsa蚁tlow举temp取eratu跳res.宫Acta袄Mater鸟ialia划1998往;46(1炸3):45勒59e70请.改[6]D廉eimel尤P,S石attle遍rE.杆Auste脸nitic罩stee缓lsof绢diff屋erent傍comp醉ositi怀onin蜜liqu岛idan裁dgas展eous顾hydro腊gen.朽Corro跳sion筒Scien横ce20碰08;50急:1598雨e607.抵[7]Z疗hang联L,We桨nM,融Imade建M,F掠ukuya咸maS,齿Yoko壶gawa颂K.Ef骂fect活ofni弱ckel执equiv仆alent放onh方ydrog堡enen功viron凡ment临embri蜜ttlem郑ento哲faus愿tenit颗icst掌ainle展ssst民eels动atlo渡wtem服perat思ures.喂Frac蚊ture横ofNa被noan裳dEng钻ineer股ingM舍ateri罪alsa帆ndSt别ructu牧res,光Proce路eding梅sof截the1遥6thE傻urope相anCo眼nfere家nceo地fFra锣cture脚.赏[8]L志outha瞎nMR,溜Cask坚eyGR葡.Hyd提rogen倦tran规sport充and撕embri朴ttlem思enti碧nstr坐uctur碗alme暂tals.拐Inte和rnati泥onal形Journ缘alof俘Hydro必genE抚nergy颈1976宫;1(3)麦:291e嫌305.蜓[9]T俯homps灿onAW导.Str惕uctur羡alma曲teria容lsus舱ein慢ahyd播rogen迅energ蛛yeco碎nomy.制Inte宁rnati胶onal贩Journ们alof赛Hydr和ogen惹Energ掘y197纵7;2:2敏99e30坑7.孝[10]桨Ohta波T,Ab兵eI.议Hydro益gene框nergy轿rese振arch举andd佛evelo袄pment却inJ填apan.系Inte药rnati赏onal车Journ习alof芽Hydr怜ogen泻Energ豆y动1985;奥10(5)杂:275e艰9.墙[11]如Shiva斗nyuk缴VN,F讲octJ晕,Gav椅rilju突kVG.蛋Ona偷role施ofh水ydrog喷enind昼uced能epsil腔on-ma眉rtens湾itei中nemb低rittl姐ement喜ofs晕table丑aust棒eniti事cste殊el.S槽cript禁aMat蛋erial捆ia20遍03;49雾(6):6添01e6.搏[12]押Teus湖SM,S撑hyvan振yukV劣N,Ga顷vrilj蜂ukVG乳.Hyd眠rogen屿-indu羡cedg杰amma-父epsil养ontr等ansfo苍rmati趟onan奉dthe推role鸦ofe应psilo驼nmart校ensit风e陪inhy籍droge志nemb匪rittl唤ement帖ofa至usten只itic娇steel晃s.Ma能teria质lsSc蓬ience卷and寸Engin喊eerin回g:A覆2023;杀497(1坦e2):2三90e4.氧[13]爬Caske膛yGR.辜Hydr弄ogen暑effec童tsin蠢stai显nless茧stee虾l.In旁:Ori姿aniR己A,ed业itor.题Hydr虫ogen凯degra鸦datio降nof边ferro宿usal半loys事1985.户p.82啄2e62.穴Noye锅s,Pa士rkRi饿dgea铲ndN.诞J.线[14]庆Mine聋Y,Na狠razak昼iC,冰Murak镇amiK词,Mat声suoka抵S,M廊uraka德miY.乘Hydro蛋gent舅ransp足orti辉nsol光ution斜-trea侨teda饮ndpr俘e-str纷ained雕aust才eniti件csta伶inles赛sste牙elsa贵ndit形srol看ein烧hydro折gen-e联nhanc债edfa机tigue骨grow蜡th.I迎ntern疮at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