日本钢铁有限公司钢铁研究实验室的研究人员对在室温下、在90MPa高压气态氢中不同Ni(9.8~11.8%)和Cr(16.1~18.1%)含量对SUS316基不锈钢疲劳裂纹的长大进行了试验,以研究不同的合金化元素对SUS316基不锈钢疲劳性能的影响。获得的研究结果如下:
1)当Ni含量低于12mass%时,在室温下、在90MPa高压气态氢中SUS316基钢的疲劳裂纹长大速度随着Ni含量的减少而加速,虽然这个长大速度要比SUS304L的低得多。
2)Cr含量也会影响在氢气中的疲劳裂纹长大速度,虽然这种影响要比Ni含量的小得多。
3)Ni和Cr含量对在90MPa高压气态氢中疲劳裂纹长大的复合影响与Md30+[Ni]+0.37[Cr]非常接近(式中[Ni]和[Cr]分别代表Ni和Cr的含量)。对于SUS316基不锈钢在第二区中的da/dN-ΔK关系式可以用Paris公式来描述,即da/dN=C(ΔK)m,C=8·10-11·exp(0.0235·Md30),Md30>-95℃。
4)在90MPa高压气态氢中,对于Md30≤-95℃或[Ni]+0.37[Cr]≥17.5mass%的SUS316基不锈钢来说,疲劳裂纹长大速度没有明显降低。
5)疲劳裂纹主要在γ相中扩散,而形变引起的马氏体相α’有时会成为低γ相稳定态钢中的裂纹扩散路径。在每一种所测试的钢中都会形成小刻面断口表面,在低γ相稳定态钢中,这种小刻面表面的密度较高。
6)小刻面断口表面由{111}γ相平面和α’马氏体组成,可以将其看作是在两相界面上或者界面附近由于氢脆造成的结果,因为在这些地方氢的浓度非常高。
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