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1、 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年年11月55日 收到到2013年年2月111日 收到到修改稿 2013年年2月255日 接收收2013年年4月4日日 可在在线共享2013年年版权,氢氢能源出版版物、LLLC。由爱爱思唯尔出出版有限公公司出版，所所有解释权权归我方所所有。 摘摘要：一种新型型高铝奥氏氏体不锈钢钢已经在实实验室中产产生，其目目的是发展展一种对于于氢环境脆脆化有高抵抵制力的精精密合金化化材料。氢氢环境脆化化的磁化率率是通过纯纯氢气的压压力为40 MMPa、温度为-50的慢应变速速率的拉伸测试试来评估的的。在这种种条件下,屈屈服强度、抗抗拉强
2、度和和断裂伸长长在与空气中的同伴测试试相比不受氢氢的影响。此此外,在高高压和低温温的氢环境中，非常高高的氢的延延展性表现为700%的断面面收缩率。合金的精精益程度反反映在材料料的无钼特特点和镍含含量为8.0%。关于合合金的概念念,高碳、高锰锰、高铝含含量的结合合使合金在在抵抗应变马马氏体的形形成上有一个极极高的稳定定性。这方方面可以通过现现场磁测量量和其它xx射线衍射射研究。这这种新型合合金性能总总指标可以以参考已经经在生产的的304LL和3166L奥氏体体不锈钢。保保持完全奥奥氏体结构构的性能已经在拉伸伸试验被确确定为氢环环境脆化的的一个关键键因素。 关键词词：高铝奥氏氏体不锈钢钢，氢环境境
3、，脆化，奥奥氏体稳定定性， 形形变诱发马马氏体 ，合金发展1. 前言言在移动和固固定应用领领域使用氢氢发电通常常被认为是是一个非常常有前途的的替代可再再生能源和和无碳能源源之一。然然而,开发发的氢能源源受保证氢氢安全操作作的一些材材料高成本本的限制。在在这方面,大多数金金属材料受受到他们机机械性能和和接触任何何氢源延性性的恶化，这这种现象被被称为氢脆脆1。因因此,当前前氢的应用用利用高合合金奥氏体体不锈钢,如符合美美国钢铁协协会的3116和3110,它们们都表现出出较高的抗抗氢脆能力力2-77。然而而,由于其其具有高镍镍和高钼含含量，这些些合金需要要一个成本本高的解决决方案。因因此,具有有相同
4、属性性但还可降降低相关成成本的新型型钢是需要要的。这种种材料可以以在全球范范围内支持持可持续氢氢能源发展展,这将要要求巨大的的氢生产、存存储、分配配、和最终终用途的基基础设施。几十年来，相相对于其他他金属材料料8-110，对对氢的应用用的奥氏体体不锈钢由由于其更高高的性能，其其利用已经经获得了重重大的关注注。更具体体地，如果果对易感性性的氢环境境脆化（HHEE）进进行评估，前前面文献与与本文都认认为稳定奥奥氏体不锈锈钢对HEEE 22,3,55表现更更高的阻抗抗。在此上上下文中，术术语“稳定”指的是避避免了在一一给定温度度下所施加加的应变下下和马氏体形形成的性能能。而马氏氏体在HEEE111,
5、12中扮演一一个小角色色，一个马马氏体的形形成总是被被不利影响响伴随着。特特别是，遇遇到接受应应变诱导-马氏体转转变2-5，133-15 更高的的倾向，就就有较高的的塑性损失失。几个研研究都集中中在通过改改变间隙和和置换元素素6,118-200的含量量来增加奥奥氏体不锈锈钢的稳定定性。这些些研究表明明，增加奥奥氏体的稳稳定性已在在氢气环境境中对材料料的塑性回回应产生有有利的影响响。这不仅仅可以解释释减轻形成成的应变诱诱发马氏体体的方位，而而且还对奥奥氏体的稳稳定性和材材料相应的的堆垛层错错能（SFFE）的关关系进行了了解释。特特别是，通通过十字滑滑移机制代代替平面滑滑移机制（是是由低SFFE值
6、119,211-23推动）。，越越来越多的的SFE将将有利于更更均匀的变变形。以降低成本本结合到对对HEE高高阻性的需需要已促使使最小所需需的镍含量量的鉴定。特特别是在修修饰的AIISI型3316不锈锈钢中。根根据不同的的试验条件件19,20,224,255，发现现其最低值值在11.5和133（重量量）之间的的，它的有有关成本效效益仍然过过高。除了了尽量减少少AISII型3166奥氏体不不锈钢中的的镍含量的的这种策略略，在关于于精益合金金和HEEE-耐热钢钢的文献中中遇到的问问题解决策策略并不是是很多。在在这方面最最早的贡献献之一由LLouthhan和卡卡斯基于11976年年发表88。他们们提
7、出了一一个21CCr-6NNi- 99Mn不锈锈钢，商业业上称为NNITROONIC 40 ，它它可以作为为一个氢的的应用可能能的候选。然然而，相同同的工作报报告中的热热预充电试试样在空气气中在室温温下的拉伸伸试验之后后，约500的延展展性相应的的降低。在在19822年Wesst和Loouthaan277出版了了这种合金金的更详细细的表征，其其中通过在在室温下，以以-5055,5.5*10-55s-1应变速速率的拉伸伸试验的方方法，在热热预充电和和未充电的的状态下得得到19不不同的制造造路线。不不带电荷的的试样在1120MPPa氢气退退火条件下下的拉伸试试验，根据据面积的减减小值，导导致约30
8、0的延展展性的损失失。作者总总结出“这个奥氏氏体不锈钢钢是在晶界界、滑带和和其他接口口容易致开开裂”27。最近由由Nibuur等进行行的一个关关于弹塑性性断裂力学学的研究221-6-9中展现现出了显著著减少的裂裂韧性和热热预充电标标本288耐龟裂裂增长性。正正如作者详详细的研究究讨论，高高浓度的氢氢可以修改改21-66-9不锈锈钢的断裂裂机制。此此外，考虑虑到由于没没有应变诱诱发马氏体体相变，氢氢辅助的断断裂可通过过促进变形形28,29的的局部化的的变形机制制手段解释释。Louthhan和CCaskeey文献8也介介绍了另一一种氢应用用候选的合合金是222Cr-113Ni-5Mn钢钢。这种材材
9、料具有非非常瞩目的的特性，因因为它结合合了对阻止止诱变马氏氏体的形成成的高稳定定性、由于于施氮高强强度和在氢氢预充电状状态300高的断断裂韧性的的高稳定性性。这种合合金的氢应应用的唯一一的缺点可可能是由较较高的镍含含量带来的的成本限制制。在这种种情况下，在在-50 进行的110MPaa的氢气气气氛慢应变变速率拉伸伸试验331证明明由锰换镍镍和氮素添添加是不成成功的。具具体地，尽尽管转化成成应变诱导导马氏体材材料的比例例可以忽略略，但是该该材料的延延性反应严严重减少。这这种脆性行行为主要是是由于氮在在促进短程程有序的作作用和因此此产生的较较高平面滑滑移变形31-334中的的程度。本研究的目目的是
10、设计计一个精益益合金和HHEE性奥奥氏体不锈锈钢作为在在室温和零零度以下且且高压下氢氢应用的潜潜在候选者者。这种新新型合金通通过高压氢氢气慢应变变速率拉伸伸试验方法法经验开发发并且合格格。已经知知道HEEE敏感性的的温度和应应变速率( 5、113、255，35-39)的的依赖性,开发材料料和参考合合金(3004 L、3316 LL)可以在在-50，5.5*10-55 s-1和40 MMPa的纯纯氢气进行行测试,这这是对HEEE的最大大敏感性的的条件。 2. 试验验情况2.1 合合金化概念念 关关于新型材材料作出的的第一个步步骤是采用用精益合金金化的奥氏氏体不锈钢钢的标称成成分，例如如：AISS
11、I3044型，这是是开发合金金的基础。该该步骤依赖赖于奥氏体体不锈钢比比铁素体钢钢4,66,8-110表现现得对氢脆脆更高的抵抵抗力的总总趋势。以以下三个不不同的方面面被认为是是合金化概概念的里程程碑：a）充充分的热力力学稳定性性，在工业业溶解的退退火温度下下确保完全全奥氏体相相，b）足以抵抵抗应变诱诱导-奥氏氏体形成的的稳定性，以以及c）相相对较高的的SFE。一一个淬火后后奥氏体组组织要求在在标准退火火温度下提提供一个广广泛的奥氏氏体相场,这也可以以通过工业业加工。第第二步是避避免应变马马氏体转变变，这被认认为是在合合金开发过过程一个强强制性的一一步。众所所周知,一一个完全稳稳定的材料料并不
12、能保保证对HEEE的高阻阻抗155，31，440, 但是在亚亚稳合金5，133-15，226中，对对HEE无无抵抗力也也是可能的的。第三方方面,具有有相对较高高的SFEE是增加合合金的稳定定性的必要要特性。具具体地说,通过抑制制平面滑动动19,22,228，411，高SSFE预计计将引起更更多的均匀匀变形。由由于这个原原因,进行行均匀变形形的可能性性是在氢辅辅断裂中抵抵消氢的影影响的一个个至关重要要的因素,它包括变变形的局部部化299，36，442-466。在这项工作作中，并且且为了满足足上述要求求，与其相相关五个元元素被确定定为所述合合金的主要要组成部分分，即：碳碳，锰，铬铬，镍和铝铝。然后
13、，用用满足热力力学计算的的方法（相相图计算方方法477-49）定义表表1中关键键成分。分分别元素锰锰、镍、铝铝的添加把把新的合金金被确定为为“10-88-2.55”。2.2.11. 合合金元素的的作用从表1中可可以看出，110-8-2.5钢钢是一种高高碳合金钢钢。其目的的是最大限限度地提高高碳含量，因因为它对在在第2.11节中提到到的三个方方面有利。即即，它不仅仅奥氏体在在固溶退火火温度550的热热力学稳定定性，而且且增加了对对形成的机机械稳定性性。从在MMD30温温度表达公公式（1）中中碳的贡献献则可以推推导出最后后一个方面面。这个公公式可以估估算出使550的奥奥氏体转变变转变为马马氏体55
14、1产生生30的的真实应变变时的温度度。因此，MMD30温温度值越低低，应变诱诱导相变成成的合金越越稳定。另另外，添加加碳也可以以增加的材材料522,53的超临界界流体萃取取。在铬的的合金化的的情况下，增增加其含量量会增强对对抗（公式式（1）形形成的稳定定性，但同同时也将降降低钢 50的的SFE和和热力学稳稳定性的 fcc范范围。因此此，铬对奥奥氏体不锈锈钢的SFFE产生了了一个很大大的不利影影响 552,544 。因因此，其含含量降低到到重量“允许的最最小”水平133。这个个量在这里里不进行评评估，它应应与足够的的耐腐蚀性性和在溶解解退火温度度下“最小”铁素体稳稳定化的作作用结合。作作为合金元
15、元素的的使使用以增加加材料的超超临界流体体萃取的目目标基础。铝铝是在此性性能方面有有强大而积积极的影响响55,56。锰锰的合金化化有两个积积极的贡献献：首先，它它提供了在在固溶退火火温度550下面面心立方相相的热力学学稳定性，其其次，它增增加了合金金抵抗马氏氏体转变（公公式（1）的的稳定性。然然而，加入入的锰也有有消极的方方面：它降降低了在奥奥氏体不锈锈钢522,54的SFEE。因此，更更重要的是是由于锰在在形成和面面心立方相相的热力学学稳定性的的影响。因因此， 110%的锰锰添加到铁铁素体的稳稳定化效果果相当于铬铬和铝的添添加到铁素素体的稳定定化效果。最最后，考虑虑到成本效效率，镍含含量要保
16、持持在AISSI 型3304L不不锈钢，即即8 （重重量）的水水平，并且且合金化处处理没有钼钼。即，提提供的热力力学稳定性性 500 ，的的形成（公公式（1）的的机械稳定定性，并提提高了SFFE 552,533,57 。2.2. 合金的生生产和测试试2.2.11.生产 合合金10-8-2.5是在实实验室中用用真空感应应炉冶炼铸铸锭产生的的。3公斤斤的重量和和直径500毫米铸坯坯预加工到到42毫米米，再经过过几次热加加工到最终终直径166毫米，随随后水淬。在在文献558中，长长度30毫毫米和直径径5mm的的六个拉伸伸试样通过过湿法车削削方法从锻锻造棒材中中心被加工工出来。随随后，把试试样在工业业
17、真空炉在在10500 热处理330分钟，其其次是在2200 kkPa压力力的氩气中中淬火。最最后一步是是要在氢气气58测试期间间对材料的的性能的避避免车削操操作不良的的影响。经经过热处理理后，把合合金10-8-2.5两个拉拉伸试样上上，手工抛抛光到1微微米，减少少几何变形形。所有四四个试样（22个研磨抛抛光和2无无研磨抛光光）进行氢氢试验，其其余两个作作为参考在在空气气氛氛中进行。参考材料是是奥氏体不不锈钢AIISI3004L型和和316LL的德意志志EDELLSTAHHLWERRKE（DDEW，德德国）提供供的半成品品。拉伸试试样被加工工成一个直直径30毫毫米的棒料料中心，并并且以相同同批次
18、的合合金10-8-2.5的试样样进行热处处理。表11为参考材材料拉伸试试样化学成成分的测量量结果。在在这三个研研究的合金金在上述的的生产路线线引起了的的平均晶粒粒尺寸（AASTM粒粒度号G6.0）。2.2.22. 测试试三种材料在在-50在空气和和纯氢气（99.9999 H2）下进行了拉伸试验。空气中的试样在环境压力下测试，在测试的试样压力40MPa。在氢气气氛中测试，将容器在1MPa下用纯氮气清洗三次。其次用纯氢气在1MPa连续8清洗 ，然后将容器填充至试验压力。此程序可确保安全性和气体纯度。根据ASTM G129标准39，在空气和氢气的测试中， 使用5.5 *10- 5s-1的初始应变率。
19、在氢试验的情况下，使用在所有情况下的内部载荷传感器测得负载。在空气/氢气环境下使用卡规/伸长测量计，以确保的0.2弹性极限应力。可测得的性能有屈服强度（Rp0.2） ，极限抗拉强度（Rm）和延伸到破裂（A）。此外，用数码卡尺测量试样的初始和最终直径的缩颈围可得到（Z）中的减少值。这个Z的参数是金属材料对HEE的易感性的一个非常敏感的测量5,15,21 。2.3. 特性描述述2.3.11. 显微微结构和断断裂面在拉伸试样样螺纹部分分的纵切面面用金刚石石研磨膏研研磨和抛光光到1毫米米，进行金金相准备。然然后用V22A溶液（1100mll H2O，加入入100mml HCCl，将110ml HNO3
20、3），以显显示样品的的微观结构构。通过光光学显微镜镜观察蚀刻刻的样品，而而用LEOO15300-VP扫扫描电子显显微镜（SSEM）的的装置通过过能量色散散X射线谱谱（EDSS），把抛抛光条件下下的样品用用于非金属属夹杂物的的鉴定。用VHX-600DD数字式显显微镜（KKeyennce GGmbH，德德国）可以以得到在宏宏观尺度上上断裂面和和颈缩区域域的初始表表征。数字字图像是采采用RZ-20透镜镜和一个550倍的倍倍率光滤波波器，在所所试验的条条件下得到到的.在获获得断裂的的宏观图像像后，将断断裂面经由由二次电子子与SEMM对比研究究。2.3.22.奥氏体体稳定性随后就地使使用FERRITSC
21、COPEMMP30设设备（Heelmutt Fisscherr GmbbH，德国国）磁感应应法得到拉拉伸试验过过程中马氏氏体的形成成。由于前前期的研究究已经表明明，负载状状态影响了了材料的磁磁性反应。，在在-50空气氛围围下进行这这种类型的的测量。使使用1.77的修正系系数599把表示示铁素体等等效物的仪仪器读数转转换成马氏氏体的质量量分数。对空气和氢氢气的测试试样品的剩剩余部分通通过X射线线衍射（XXRD）装装置进行主主体材料中中形变诱发发马氏体的的形成的第第二个测定定。纵向切切片金相制制备出前标标距长度。然然后从断裂裂面和距长长度的开头头之间中间间点使用XXPERTT-MPDD衍射仪在在（
22、62o-1655o）2的范围内内Cr-KK辐射获得得衍射图案案。把所得得到的图案案与由成田田等发表的的304型型不锈钢中中和马氏体用用的数据进进行比较60。3. 结果3.1.热热力学稳定定性 在表1中中合金100-8-22.5的计计量化学成成分，用于于计算相应应的相位图图。其中把把03644-59116软件TTHERMMOCALLC S 61在与热力力学数据库库TCFee6.2 62结合使用用。所得到到的图如图图1 ，其其中虚线示示出了相应应碳的等值值线。可以以看出，合合金10-8-2.5呈现了了一种主要要的铁素体体凝固。此此外，在碳碳含量和温温度范围的的宽奥氏体体领域表示示出充分的的热力学稳
23、稳定性。从从而通过溶溶液退火处处理，接着着进行快速速冷却的方方法可以获获得完全奥奥氏体组织织。特别是是，可在涵涵盖了标准准的工业实实践的10050和11150范围之间间进行处理理该材料。同同样，热力力学计算表表明，稳定定的氮化铝铝（AlNN）已经在在熔体中形形成。因为为这个阶段段的发生是是由于残留留的氮含量量（总是存存在于有一一定规模的的实验室生生产） ，所所用的材料料的微观结结构与AllN体积分分数有小的的关系或者者不相关。3.2.显显微组织和和力学性能能测试在测试前，由由于第2.2节中所所描述的生生产过程的的一个结果果，所有的的试样表现现出典型的的奥氏体组组织。3种种合金分别别在-50大气
24、压力力下的空气气中和在440MPaa的氢气气气氛中进行行拉伸测试试，如在22.2.22节中描述述。图3中中为两种气气压下的示示例性的拉拉伸曲线，其其中从拉伸伸曲线的表表象可以推推断所研究究的材料中中的第一差差异。观察察到AISSI型3004L不锈锈钢有一个个显着的应应变硬化，而而316LL和10-8-2.5合金呈呈现平稳和和更韧性应应力/应变变响应。在在这两种环环境中的拉拉伸曲线的的比较表明明，受到氢氢影响的3304L钢钢的拉伸强强度和断裂裂伸长率严严重降低，而而316LL和合金110-8-2.5在在空气和氢氢有相同表表现。此外外，合金110-8-2.5和和所参考的的AISII型3166L不锈
25、钢钢在氢气气气氛中有非非常类似的的曲线。与之前的曲曲线相关联联的拉伸性性能的值和和的计算一一起示于表表2中，作作为在相同同的条件下下进行两次次试验的平平均值。还还包括手工工打磨合金金10-88-2.55的试样的的平均值额额外的部分分。列于表表2的结果果表明，在在任何情况况下拉伸试试验中的外外部氢气不不影响屈服服强度。另另一方面显显示3166L和合金金10-88-2.55对氢的存存在下引起起的拉伸强强度和断裂裂伸长率没没有不利影影响。两种种情况下略略低的唯一一的参数是是断面（Z）收缩缩率。在这这方面，在在气态氢测测试的合金金10-88-2.55抛光试样样的变量对对于面积减减少与低断断裂伸长率率有
26、改善。 除了面积的的减小的值值，三种合合金的延展展性响应的的直接印象象从图 44中所示的的为测试试试样的颈缩缩区域的宏宏观图像获获得。这一一观察举例例证明AIISI型3304L不不锈钢的宏宏观脆性行行为，与参参考材料3316L和和新型合金金10-88-2.55的非常高高的延展性性。在此放放大倍数下下，在合金金10-88-2.55断裂面上上能够识别别横向裂纹纹，而在3316L钢钢上明显。另另一方面，在在图5中所所描绘的合合金10-8-2.5的抛光光试样表明明，在氢气气氛中没有有断裂面横横向裂纹，而而有一个典典型的杯锥锥体断裂。3.2.11.奥氏体体的稳定性性通过对三个个研究合金金的体积测测量，得
27、到到奥氏体稳稳定性的主主要特征，旨旨在检测铁铁磁相的存存在。在-50空气中的的拉伸试验验过程中用用FeriitScoope MP300设备测量量铁素体等等效值，然然后把它改改成马氏体体的质量百百分比（参参见2.33.2节）。图图6为所得得到的曲线线。如图所所示，所有有的材料从从零质量比比、零应变变开始，这这意味着在在拉伸试验验开始时是是一个完全全奥氏体结结构。随着着测试的进进行，立即即出现两种种倾向：首首先， AAISI型型304LL低稳定性性对于工程程压力高于于10%，其其次，合金金316LL和10-8-2.5的非常常稳定的演演化与变形形。关于最最后的两种种材料时,的百分比比保持在接接近零相
28、应应的工程应应变到455。合金金10-88-2.55显示出比比316LL钢更稳定定的结构，具具有对于最最后的铁素素体等效阅阅读的马氏氏体的1.8masss。除了磁反应应测量，在在空气和氢氢气中对试试样的纵向向面进行了了X-射线线衍射分析析以说明和和马氏体的的形成。如如图7中显显示的结果果给出了相相和相的识识别，而相相没有任何何显著的贡贡献。根据-反射射的强度，合合金3044L似乎不不太稳定，而而在3166L钢可以以在连续的的-反射识识别-马氏氏体的存在在。图7还还示出了合合金10-8-2.5是三种种材料中最最稳定的。它它具有一个个几乎完全全奥氏体结结构。此外外，X-射射线衍射分分析表明，该该测
29、试环境境对合金3316L和和10-88-2.55中马氏体体的形成没没有影响。与与此相反，3304L合合金在空气气气氛的形形成对于氢氢更为明显显。这与在在空气气氛氛中有更高高的变形程程度。类似似地，对于于主体材料料中的形成成，X射线线衍射图案案和磁感应应方法之间间有一个非非常好的相相关性。3.3.合合金3166L和100-8-22.5断口口分析在三个合金金上进行断断口分析，是是为了比较较在氢气气气氛中断裂裂与对应空空气中的失失败。所有有的空气测测试的标本本展出了杯杯锥型的韧韧窝断裂。由由于图4清清楚地举例例说明了三三种合金在在空气中的的断裂的类类型，仅在在图8中的的测试条件件下才呈现现出合金11
30、0-8-2.5的的断口。该该图中示出出了三个区区域的二次次电子图像像，可以根根据低放大大率图像的的左上角区区域得出。这这些区域包包括中央的的颈缩区域域（1），中中间放射带带（2），和和外剪切唇唇区（3）。该该选择与拉拉伸断裂发发生的三个个阶段对应应，这连续续的三个阶阶段是：在在1的中央央裂纹开始始和生长，在在2中沿剪剪切面增殖殖 ，在区区域中3断断裂的终止止63-65。如如图8可以以看到,在在区域2，浅浅和等轴的的凹痕也证证明了韧性性的增殖。该该凹痕的开开口端朝向向试样表面面的事实表表明，断裂裂增殖从中中心向外侧侧区域发生生，如图 8-365中中的箭头所所示。在与空气的的情况对比比下，合金金1
31、0-88-2.55特征的氢氢测试试样样把故障与与外区混合合起来，在在断裂表面面的其余部部分显示出出氢辅断裂裂和韧窝型型断裂，如如图9所示示。氢气辅辅助断裂的的区域确定定了在3号号，并且在在低倍镜下下显示斜线线图像更明明显。氢影影响的区域域分布在断断裂表面的的边界，并并被彼此分分开。他们们约占整个个表面的223。表表面的其余余部分为韧韧窝型断裂裂，但有两两种不同的的形态。而而区域2是是小而浅凹凹坑的相对对光滑表面面，区域11是不平坦坦的表面，且且凹部具有有等轴和更更深的结构构。在氢中参考考材料的断断口分析表表明，3004L有与与一些晶界界破裂（此此处不列出出）类似的的晶内解理理状失败，而而316
32、LL钢与合金金10-88-2.55呈现相似似的断裂性性。后者如如图10所所示，在其其中显微镜镜照片的图图3表示氢氢辅助状断断裂，区域域1和2表表示韧窝型型断裂。氢氢影响区域域对应约117的表表面。在图11中中合金100-8-22.5的试试样得到了了相当令人人印象深刻刻的断口分分析结果。图图9中观察察的的混合合失效模式式完全改变变了三个区区域韧窝型型断裂。在在氢气中的的抛光试样样的失败与与在空气中中（图8）的的非常相似似，根本没有氢氢致断裂迹迹象。此外外，外部是是切变裂痕痕（3）的的断裂面以以细长的开开放式的凹凹痕为特点点，这表明明从中心向向试样的外外部的增殖殖方向。这这与在空气气中观察试试样的
33、结果果一致。4.讨论稳定的奥氏氏体不锈钢钢显示对HHEE的高高抵抗性，而而亚稳定钢钢呈现对HHEE 2-7，226较差差阻力。这这种相关性性已导致在在奥氏体不不锈钢中HHEE在应应变诱导马马氏体相变变中起几乎乎全部的作作用。反过过来，应变变诱导马氏体相变变一般被认认为是材料料的标称化化学组成的的重要部分分，特别是是，镍含量量或与镍等等效值相应应的函数。然然而，在奥奥氏体不锈锈钢中HEEE的问题题不能被减减少到一个个标称组成成或镍等效效值的范围围。所有这这些方面必必须与耐HHEE奥氏氏体钢的发发展过程中中应变诱导导马氏体相相变的出现现一起考虑虑。在这项项工作中，该该合金的开开发过程是是基于前述述
34、方面的修修正值的三三个主要属属性。具体体而言，把把抵抗应变变诱发马氏氏体形成的的非常高稳稳定性，和和由相对高高的超临界界流体萃取取的方法进进行均匀变变形的可能能性相结合合，可以得得到一种奥奥氏体组织织。而新型型合金100-8- 2.5已已经验证前前两个要求求，无论SSFE和相相应的变形形机制的实实验评价都都是未来研研究的一部部分。对于于在这项工工作中研究究的合金，参参考材料3304L和和316LL定义了对对HEE的的高抵抗的的边界条件件。新型合合金可以在在两个边界界条件之间间选择，而而在高阻力力一侧，即即它以AIISI 3316L型型不锈钢相相同的方式式进行。在这项工作作中，研究究的合金中中主
35、要和最最重要的差差别依赖于于对应变诱诱导-马氏氏体相变奥奥氏体相的的稳定性。在在测试和表表征过程证证明了3004L钢的的低稳定性性。在图33所示的拉拉伸曲线表表示的是微微观结构的的变化的第第一个迹象象，其中在在两种气压压下均观察察到强应变变硬化。这这些值连同同图4中概概述清楚地地证明该合合金对HEEE的高敏敏感性。通通过材料5,133,14,16,117观察察到3044L钢的宏宏观低延展展性在促进进氢的渗透透和流通中中与马氏体体的影响有有关。与304LL钢合金对对比，3116L和110-8-2.5都都对马氏体体有非常高高的稳定性性，并且在在拉伸强度度和断裂伸伸长率方面面没有外部部氢的不利利影响
36、。这这两种合金金只有在氢氢气体环境境（表2）断断面收缩率率（Z）的的影响较小小。比在ZZ值的区别别更重要是是图9和111中合金金10-88-2.55在机械加加工和抛光光之间试样样发生的失失效模式上上的变化。这这些条件有有利于氢致致断裂以表表面的开裂裂46的形式出出现。只要要这些表面面的裂纹增增长是由外外部氢辅助助，可以得得到图9-3类型的的断裂面。由由于新合金金有一个非非常高的面面积减少（表表2），所所以随时间间变化，在在试样的颈颈部表面附附近发生氢氢致断裂是是很可能的的。因此，在在表面引发发氢致断裂裂和散装材材料的自然然预期故障障之间发生生竞争。从从图9中给给出的断口口形貌，可可以推测出出氢
37、辅助区区域（3）的的的发展集集中在材料料整体性质质的某一点点，导致断断裂模式的的变化。一个类似的的推理可以以应用于如如表10所所示合金3316L的的断口分析析。即，在在某些位置置上的应力力集中高到到足以允许许氢气渗透透时，外的的部分影响响氢气氛，和和散装材料料能够掌控控的氢致断断裂的进展展。合金3316L更更高的清洁洁度（图22）预计将将在材料表表面应力集集中的减少少上发挥有有益的作用用。后者可可以解释在在受氢影响响的区域分分别为177%和233%这种材材料和新型型合金之间间的差异。虽然对HEEE易感性性的抛光表表面的有益益效果已在在文献中报报道 221,677，按照照简单的表表面处理不不能解
38、释在在图11中中给出了断断口结果。在在-50在40 MPa氢氢气氛中测测试的合金金10-88-2.55的抛光试试样，可以以观察一个个完全韧窝窝断裂。此此外，那些些在空中的的测试试样样与在（图图8和9）的的氢气气氛氛中机械加加工的样品品相比形状状，尺寸，和和凹坑的分分布与有更更多类似。由由于表面处处理，在外外部氢446拉伸伸试验中出出现的表面面裂纹开始始和增殖将将被抑制。因因此，如果果避免了表表面裂纹的的产生，该该材料将从从试样663-655中心向向外部以自自然的方式式变形。考考虑到这种种类型的材材料166,21,58重重要的吸收收氢不能通通过扩散发发生，材料料变形和外外部氢气氛氛的主要相相互作
39、用下下是氢原子子的。在这这个方案中中,如果新新合金通过过交叉位移移容易变形形，在入口口的氢原子子将分布在在不同的滑滑动系统和和变形进行行局部化的的风险会减减少。因此此,如果在在微观尺度度上变形的的局限避免免，韧性宏宏观反应就就可以预期期。该合金100-8-22.5的整整体性能可可主要在对对应变诱发发马氏体相相变的稳定定的基础上上理解。具具体地，图图6和7清清楚地表明明该合金相相对于参考考的3166L具有较较高的稳定定性。然而而，除了足足够的奥氏氏体稳定性性等属性，还还需要其他他属性才能能获得HEEE-耐磨磨材料440。在在合金100-8-22.5的情情况下，在在塑性应变变下发生均均匀变形的的可
40、能性被被认为是必必要的额外外的属性.毫无疑问，对对合金100-8-22.5的氢氢气辅助的的断裂进一一步调查是是必需的。特特别是，SSFE的实实验测定，变变形机制的的完整描述述，和断裂裂力学性质质主要解释释了该合金金中的氢的的行为。然然而，这种种材料在440MPaa的纯氢气气和在-550C下的的性能意味味着它是氢氢能应用的的一个有希希望的候选选对象。5. 结论 一一种有着对对氢环境脆脆化（HEEE）高阻阻抗力的新新型的精益益合金化的的奥氏体钢钢在实验室室中可以通通过实证方方法手段开开发。特别别是，高碳碳、高锰和和高铝含量量的组合是是无钼且含含镍量为88.0%材材料的基础础。与两个个营利的AAIS
41、I 型3044L和3116L钢相相比，合金金对HEEE的敏感性性是借助于于40MPPa纯氢气气环境和-40的慢速率率拉伸试验验为评价标标准的。在在这些条件件下，新型型合金表现现出与3116L的参参考材料等等效的对HHEE的高高抗性。这这是主要是是，该新型型合金的整整体性能，可可以在对应应变诱发马马氏体的形形成非常高高的稳定性性的基础上上理解。此此外，在氢氢气环境中中材料的高高延展性表表明了在塑塑性应变下下发生均匀匀变形的一一定能力。在在氢气气氛氛中的新型型合金的性性能意味着着它是氢能能应用的一一个有希望望的候选对对象。最后后，通过考考虑钼的不不存在和与与钢3166L相比超超过4%镍镍含量的减减
42、少量，合合金附加费费预计将显显著降低，从从而表现出出一种构件件在氢环境境中运行的的成本效益益。鸣谢：作者非常感感谢以合同同号032278022D为根据据the Bunddesmiinistteriuum fuur Wiirtscchaftt undd Tecchnollogiee(BMWWi)的财财政支持。这这些在氢环环境的拉伸伸试验是在在“焊接研究究所”（TWII，剑桥，英英国）中进进行的。参考文献：1 BBirnbbaum HK. Hydrrogenn embbritttlemeent. Encyycloppediaa ofMaterrialss: Scciencce annd Teech
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