共格TiN/α-Fe界面的氢陷阱特性

作     者：刘纪龙 王恒 周立新 万五霞 高继峰 许高永 索进平 LIU Jilong;WANG Heng;ZHOU Lixin;WAN Wuxia;GAO Jifeng;XU Gaoyong;SUO Jinping

作者机构：华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074 大冶特殊钢有限公司湖北黄石435001 中石化中原石油工程设计有限公司河南郑州450018 

基　　金：2023年湖北省重大攻关项目资助项目(JD)(2023BAA019) 湖北省重点研发计划资助项目(2023BAB033) 

出 版 物：《钢铁》 (Iron and Steel)

年 卷 期：2025年第60卷第3期

页      码：138-146,165页

摘      要：向钢中引入不可逆氢陷阱是提高结构钢抗氢脆能力的常用方法,为揭示以α-Fe为基体的高强钢中TiN析出相界面的氢陷阱特性,在TiN/α-Fe界面的微观分析基础上,利用热脱附质谱对具有不同TiN/α-Fe界面错配度的0.21Ti-0.08N-Fe(质量分数,%)材料的氢陷阱特性进行表征,并使用第一性原理模拟计算TiN/α-Fe界面上氢陷阱的氢吸附强度,探究界面上氢束缚位点吸附氢的机制。试验结果表明,包含不同TiN/α-Fe界面的4种样品的低温脱附峰特征非常相近,中温峰的高低与样品中半共格界面的含量正相关,高温峰的高低与样品中共格TiN/α-Fe界面含量正相关。共格TiN/α-Fe界面最多的样品具有最多的不可逆陷阱,不同界面对氢原子的束缚能力顺序为共格界面>半共格界面>非共格界面。模拟计算结果表明,在具有B-N位向关系的共格TiN/α-Fe界面上,八面体间隙、混合四面体间隙和纯铁四面体间隙都是有效的束缚氢原子位点,八面体间隙的氢束缚能最低(-0.10 eV),更靠近界面的混合四面体间隙的氢束缚能(-0.04 eV),低于纯铁四面体间隙(-0.01 eV)。氢原子溶入前后间隙周围原子间距变化以及电荷密度分布变化显示,界面处α-Fe一侧的晶格错配产生的应力场能够促进这3种间隙特别是八面体间隙对氢原子的束缚,可以有效阻碍氢在钢中的扩散。通过适当的热处理调控钢中TiN/α-Fe界面的性质,增加不可逆氢陷阱含量,降低氢扩散系数,有利于提高微合金化结构钢的抗氢脆能力。

主 题 词：析出相界面 微合金化 结构钢 氢脆 TiN 氢扩散 热脱附质谱 第一性原理计算 

学科分类：08[工学] 080502[080502] 0805[工学-能源动力学] 

核心收录：

D　O　I：10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20240476

馆 藏 号：203158553...