加工缺陷的影響
高強(qiáng)鋼的加工會(huì)經(jīng)歷彎曲、拉拔、冷軋等工藝，不同的加工方式會(huì)在材料上留下微孔、微裂紋和位錯(cuò)等缺陷，這些缺陷位置會(huì)成為氫的捕獲陷阱或者提供氫原子快速傳輸?shù)耐ǖ?，在外力作用下還會(huì)在缺陷位置形成應(yīng)力集中，它們會(huì)對(duì)材料的氫致延遲開(kāi)裂行為產(chǎn)生較大的影響。
受力狀態(tài)的影響
一方面，金屬構(gòu)件在服役過(guò)程中會(huì)受到各種外力的作用；另一方面，材料本身也會(huì)因?yàn)椴煌募庸こ尚瓦^(guò)程而產(chǎn)生不同的殘余應(yīng)變狀態(tài)。高強(qiáng)鋼的主要成型工藝有折彎、擴(kuò)孔和翻邊、淺拉伸等，這些加工殘余應(yīng)變的存在會(huì)促進(jìn)延遲斷裂的發(fā)生。最新研究認(rèn)為，加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)變是外加應(yīng)力和材料中的可擴(kuò)散氫含量之外的第三大導(dǎo)致高強(qiáng)鋼延遲斷裂失效行為發(fā)生的重要因素，氫致延遲斷裂行為發(fā)生的敏感區(qū)處于高外加應(yīng)力、高應(yīng)變和高濃度擴(kuò)散氫含量的重合區(qū)。
環(huán)境的影響
環(huán)境主要是會(huì)影響氫向金屬材料內(nèi)部的滲透。金屬在各種致氫環(huán)境中，如氫氣、H2S氣體和水溶液、水介質(zhì)、丙酮等有機(jī)溶液中，氫致延遲斷裂敏感性會(huì)大大增加。根據(jù)環(huán)境中氫來(lái)源的不同，高強(qiáng)鋼的氫致延遲斷裂行為主要分為以下兩類：一類是服役環(huán)境滲入的氫（外氫）引起的延遲斷裂，如橋梁用高強(qiáng)鋼，在潮濕大氣、雨水等環(huán)境中長(zhǎng)期暴露發(fā)生腐蝕，由腐蝕反應(yīng)生成的氫侵入鋼中而發(fā)生延遲斷裂。另一類是酸洗、電鍍、焊接等制造過(guò)程中侵入鋼中的氫（內(nèi)氫）引起延遲斷裂。以焊接為例，它是一個(gè)局部冶煉過(guò)程，局部高溫可使焊條及藥皮中所含的水分分解成氫原子進(jìn)入金屬。這些過(guò)程引入的氫含量較高，因此，鋼材常常在施加應(yīng)力后的幾小時(shí)或幾天內(nèi)即發(fā)生延遲斷裂失效。
氫致延遲斷裂機(jī)理
關(guān)于氫致延遲斷裂的機(jī)理，近年來(lái)已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，但問(wèn)題還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有解決。已經(jīng)提出的經(jīng)典理論主要有：氫壓理論、氫降低表面能理論、氫降低原子鍵合力理論，以及氫促進(jìn)局部塑性變形理論等。
氫壓理論、氫降低表面能理論和氫降低原子鍵合力（即弱鍵）理論均認(rèn)為，氫致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展是原子面在正應(yīng)力作用下的整體解理過(guò)程，即氫致脆性的過(guò)程。與此相反，氫致局部塑性變形理論則認(rèn)為任何斷裂過(guò)程都是局部塑性變形的結(jié)果。該理論認(rèn)為，在存在應(yīng)力梯度的條件下，如裂紋尖端附近，由于應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散，原子氫能富集在裂紋尖端局部區(qū)域。當(dāng)有效氫濃度達(dá)到臨界值時(shí)，可以使局部區(qū)域的表觀屈服應(yīng)力明顯下降，于是在較低的應(yīng)力作用下就能產(chǎn)生氫致滯后塑性并導(dǎo)致滯后斷裂，而且局部區(qū)域表觀屈服應(yīng)力的下降量明顯依賴于鋼的強(qiáng)度和初始?xì)浜俊?/p>
總體來(lái)講，上述4種經(jīng)典理論都有其局限性，將氫促進(jìn)局部塑性變形理論和弱鍵理論、氫壓理論聯(lián)合起來(lái)，是今后研究的一個(gè)方向，有可能發(fā)展新的氫致開(kāi)裂理論以解釋氫致韌斷和氫致韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)理。
延遲斷裂性能實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)方法
材料的延遲斷裂性能受到許多因素影響，但目前尚未形成通用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)材料的延遲斷裂性能往往采用加速型方法來(lái)進(jìn)行相對(duì)評(píng)價(jià)。目前，常見(jiàn)的延遲斷裂試驗(yàn)方法有如下幾種：
恒載荷延遲斷裂試驗(yàn)
這種試驗(yàn)通常采用光滑或帶缺口的圓棒或平板試樣在恒載荷下拉伸，或者采用帶缺口的懸臂彎曲試樣、四點(diǎn)彎曲試樣等。對(duì)于此類實(shí)驗(yàn)，一般用臨界應(yīng)力、斷裂時(shí)間或者臨界氫濃度來(lái)評(píng)價(jià)材料的延遲斷裂敏感性。
恒應(yīng)變延遲斷裂試驗(yàn)
恒應(yīng)變延遲斷裂試驗(yàn)是使試樣處于恒定應(yīng)變的受力狀態(tài)下，其主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、試樣緊湊，不需要特殊的裝置，僅利用夾具或螺栓緊固即可獲得應(yīng)力。試樣的實(shí)際應(yīng)力隨工作截面的減少而降低。一般通過(guò)測(cè)定延遲斷裂試樣占總試樣數(shù)目的百分比或試樣斷裂的時(shí)間，來(lái)比較材料延遲斷裂的敏感性。
慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)
目前，國(guó)內(nèi)外已廣泛采用慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)（SSRT）方法，以促進(jìn)試樣在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生延遲斷裂并能敏感地反映材料的延遲斷裂性能。通常用塑性（斷面收縮率、伸長(zhǎng)率）損失、最大斷裂應(yīng)力、斷裂時(shí)間和吸收能量等指標(biāo)評(píng)價(jià)給定材料-介質(zhì)體系對(duì)延遲斷裂的敏感性。
斷裂力學(xué)試驗(yàn)
這類方法采用預(yù)制裂紋試樣，其優(yōu)點(diǎn)主要是：縮短了裂紋產(chǎn)生的時(shí)間；真實(shí)反映了實(shí)際構(gòu)件中難免存在宏觀缺陷的情況；可直接使用線彈性斷裂力學(xué)公式；評(píng)價(jià)判據(jù)KISCC或KIH不隨試樣而變，可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)。但是這種方法只是評(píng)價(jià)氫致裂紋的擴(kuò)展，對(duì)于裂紋的產(chǎn)生不能提供任何信息。
沖杯試驗(yàn)
作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的氫致開(kāi)裂評(píng)價(jià)方法，沖杯試驗(yàn)在歐洲應(yīng)用得較為廣泛。相比于U彎試驗(yàn)，沖杯試驗(yàn)中發(fā)生氫致開(kāi)裂的臨界應(yīng)變與臨界氫含量更高，也即沖杯試驗(yàn)中材料在更高的應(yīng)變和可擴(kuò)散氫含量條件下才會(huì)發(fā)生氫致開(kāi)裂。
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