退火工艺对<strong>304</strong>奥氏体不锈钢的组织演变及氢脆行为的影响

doi:10.11902/1005.4537.2024.078

中国腐蚀与防护学报

2025, Vol. 45

Issue (2): 438-448 CSTR: 32134.14.1005.4537.2024.078 DOI: 10.11902/1005.4537.2024.078

临氢关键材料服役行为研究专刊

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退火工艺对304奥氏体不锈钢的组织演变及氢脆行为的影响

张慧云¹(

), 郑留伟², 梁伟²

^1.山西工程职业学院冶金工程系太原 030009
^2.太原理工大学材料科学与工程学院太原 030024

Effect of Annealing Process on Microstructure Evolution and Hydrogen Embrittlement Behavior of 304 Austenitic Stainless Steel

ZHANG Huiyun¹(

), ZHENG Liuwei², LIANG Wei²

^1.Department of Mecharical Marfacturing Engineering, Shanxi Engineering Vocational College, Taiyuan 030009, China
^2.School of Materials Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China

引用本文:

张慧云, 郑留伟, 梁伟. 退火工艺对304奥氏体不锈钢的组织演变及氢脆行为的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2025, 45(2): 438-448.
Huiyun ZHANG, Liuwei ZHENG, Wei LIANG. Effect of Annealing Process on Microstructure Evolution and Hydrogen Embrittlement Behavior of 304 Austenitic Stainless Steel[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and protection, 2025, 45(2): 438-448.

全文: PDF(26073 KB) HTML

摘要:

研究了不同退火工艺对冷轧态304奥氏体不锈钢组织演变及氢脆敏感性的影响。结果表明：在马氏体逆相变阶段，马氏体作为氢的快速扩散通道含量不断减少，氢含量降低，实验钢氢脆敏感性降低；在回复、再结晶阶段，位错密度降低，出现细小等轴晶粒，氢含量降低，实验钢氢脆敏感性降低；在晶粒长大阶段，平均单位面积晶界上氢含量增多，实验钢氢脆敏感性增加。在整个退火阶段，处于回复阶段的材料性能较优。

关键词 ：奥氏体不锈钢, 退火, 马氏体逆相变, 回复再结晶, 氢脆敏感性

Abstract：

The effect of different annealing processes on microstructure evolution and hydrogen embrittlement sensitivity of 304 austenitic stainless steel was studied. The results show that after being subjected to annealing within the reverse phase of martensite transformation, the content of martensite as a rapid diffusion channel of hydrogen decreases continuously, correspondingly, the hydrogen content decreases, as a result, the hydrogen embrittlement sensitivity of the steel decreases. After annealing within the recovery and recrystallization stage, the dislocation density decreases, the fine equiaxed grains appear, the hydrogen content decreases, and thus the hydrogen embrittlement sensitivity of the steel also decreases. However, after annealing within the grain growth stage, the hydrogen content per unit area of grain boundaries increases, and the hydrogen embrittlement sensitivity of the steel increases. As a whole, after annealing treatment within the recovery and recrystallization stage, the 304 austenitic stainless steel present better comprehensive properties.

Key words： austenitic stainless steel anneal inverse martensite transformation recovery and recrystallization hydrogen embrittlement sensitivity

收稿日期: 2024-03-11 32134.14.1005.4537.2024.078

ZTFLH:

TG337.5

基金资助:山西省高等学校科技创新项目(2024L592);山西工程职业学院2024年度揭榜挂帅课题(KY2024-1);山西省职业教育教学改革与实践研究项目(202303022)

通讯作者: 张慧云，E-mail：245883278@qq.com，研究方向为钢的氢脆

Corresponding author: ZHANG Huiyun, E-mail: 245883278@qq.com

作者简介: 张慧云，女，1987年生，博士，副教授

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图1 电化学充氢装置以及拉伸样品示意图

图2 冷轧态以及700 ℃下1 min和3 min退火态样品的IPF图和相分布图

图3 冷轧态以及700 ℃下1 min和3 min退火态实验钢充氢前后的应力-应变曲线和氢脆敏感性

图4 冷轧态以及700 ℃下1 min和3 min退火态实验钢的氢解吸速率随温度变化曲线

图5 700 ℃-5 min，700 ℃-10 min以及800 ℃-10 min试样的BC图和IPF图

图6 700 ℃-5 min，700 ℃-10 min以及800 ℃-10 min试样的KAM图和KAM值

图7 700 ℃-5 min, 700 ℃-10 min以及800 ℃-10 min试样的再结晶图和再结晶分数

图8 700 ℃-5 min，700 ℃-10 min以及800 ℃-10 min试样充氢前后的应力-应变曲线和氢脆敏感性

图9 700 ℃-5 min，700 ℃-10 min以及800 ℃-10 min试样的氢解吸速率随温度变化曲线

图10 900 ℃-30 min和1000 ℃-60 min试样的BC图、KAM图、IPF图以及平均晶粒尺寸

图11 900℃-30 min和1000 ℃-60 min试样充氢前后的应力-应变曲线和氢脆敏感性

图12 900 ℃-30 min和1000 ℃-60 min试样的氢解吸速率随温度变化曲线

Sample	d / μm	S_v / m²·m^-3	X_H / mg·kg^-1	X $H G B$ / g·m^-2
900 ^oC-30 min	20.01	1.0 × 10⁵	5.48	4.3 × 10^-4
1000 ^oC-60 min	30.35	6.59 × 10⁴	3.91	4.7 × 10^-4

表1 假设所有氢都位于晶界, 计算得到的晶粒尺寸(d)、单位体积晶界面积(Sv)、扩散氢含量(XH)和单位晶界面积氢含量(XHGB)汇总

图13 900 ℃-30 min和1000 ℃-60 min试样充氢后的拉伸断口形貌

表2 冷轧态以及不同条件退火态304奥氏体不锈钢的性能对比

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