摘要

通过试验，评价了25Cr₂Ni₄WA、30CrMnSiA、30CrMnMoTiA三种中碳高强度钢，在进行镀铬或予应力下镀铬，其镀铬工艺上限或上限条件下：渗氢量和缺口慢拉伸强度的影响。

采用常规的180℃×2小时去氢工艺，并未能使钢中的氢排除，钢中心残留氢量分别比镀前高36～170%。

关键词：镀铬，予应力处理，缺口慢拉伸强度， 含氢量，中碳高强度钢

Research of notch slowly tensile strength and quantities of Hydrogen in three different steels 25Cr₂Ni₄WA, 30CrMnSiA, 30CrMnMoTiA after Chromate treatment and pre-stress treatment

Li Zhiyi¹

Abstract

In this paper, the effects of quantities of Hydrogen and notch slowly tensile strength have been evaluated in three different medium carbon high strength steels 25Cr₂Ni₄WA, 30CrMnSiA, 30CrMnMoTiA, by Chromate treatment or pre-stress Chromate treatment and with upper limit or low limit Chromate treatment process.

The Hydrogen could not be eliminated absolutely by the ordinary dehydrogenation process 180℃×2h. The quantities of residual Hydrogen in center of the Chromate treated steels are 36% to 170% higher than the original steels.

Key words: Chromate treatment, pre-stress treatment, notch slowly tensile strength, quantity of Hydrogen, medium carbon high strength steel

一、 前言：

镀铬是常用的表面处理工艺，镀铬过程必然引起渗氢、氢脆，衡量氢脆的常用方法为含氢量和慢拉伸强度，而且这两个指标并不总是对应的关系。

对中碳合金钢、高强度钢的缺口慢拉伸强度、含氢量关系如何？目前国内暂无人问津。

为此我们选择25Cr₂Ni₄WA、30CrMnSiA、30CrMnMoTiA三种常用中碳合金高强度钢在常用的热处理条件下、进行镀铬以及应力镀铬。镀铬工艺上限或下限条件下，含氢量和慢拉伸强度试验，并进行断口的形貌观察。

采用常规的180℃×2小时镀铬去氢工艺，氢排除如何？对慢拉伸性能影响如何？是我们大家所需要了解的问题。

二、 试验条件：

2.1试验用材料及其化学成份：

The chemical composition (wt%) of the test material

*注：该试验工作由中科院沈金所王毓麟研究员、李宪文、杜金山高工以及清华大学顾家琳教授（1985～1992）承担主要试验工作，特表感谢。

作者简介：李志义（1938.2.1）男，江苏泰州人，汉族，1962年哈工大毕业，1992年由22个一级学会联合召开的“全国机电装备失效分析预测防战略研讨会”授予全国先进失效分析专家称号，获国家发明专利一项又批准一项，获兵器部二、三等奖，已发表论文20多篇。著有：结构钢在表面处理过程中的氢脆和应力腐蚀断裂 [M]。联系电话：13002366762  E－mail：info@yiyangjd.com  公司网址：www.yiyangjd.com

2.3缺口慢拉伸度样尺寸及慢拉伸速度：慢拉伸速度：V=0.5mm/min

2.4镀铬规范

2.4.1镀铬上限镀液成分：                        

 2.4.2镀铬下限镀液成分：

2.5镀铬后的去氢常用规范：

井式炉   180℃×2h

一、 试验结果及分析

3.1表1-4镀铬工艺的上限和下限对氢含量的影响：

从表1、表3、图1可知，30CrMnMoTiA等三种钢经电镀含量增加200-460倍，其中镀铬液上限比下限渗氢量高3-4倍。以增氢量大小排序；30CrMnSiA增氢量*多达到456ml/100g，30CrMnMoTiA达327ml/100g，25Cr₂Ni₄WA增氢量少达211ml/100g，镀铬后经180℃×2h去氢，氢量显著下降，并不能将镀铬时的进氢量全部去除，钢中残存的氢量分别比镀前提高36-170%。从去氢后钢中残存的氢量镀铬上限比下限高。25Cr₂Ni₄WA含量*低，30CrMnMoTiA与30CrMnSiA含氢量均较高。

表1 镀铬和予应力处理对30CrMnMoTiA等钢的氢含量和缺口强度的影响

3.2预应力对氢含量和缺口慢拉伸强度的影响：

从表2、表3可见，氢量与缺口慢拉伸强度对应力关系不清。因而两者都较分散，估计可能与缺口几何尺寸和试样表面状态有关。

尤其是予应力后镀铬后，缺口几何尺寸发生了变化，曲率度变大了，缺口敏感性下降。

沈阳金属研究所的试验，将热处理后的试验在拉伸试验机上施加不同的拉应力，在规定的应力下保持40秒。对卸载后的试样做镀铬和去氢处理，*后测量拉断强度。

表1和图1可见随着予应力的升高，三种钢的缺口强度都有下降趋势，其中30CrMnMoTiA钢下降率*高，而30CrMnSiA下降*低。

Fig.1 the effect of Chromate treatment to the quantities of Hydrogen in steels of 30CrMnMoTiA, 25Cr₂Ni₄WA, 30CrMnSiA

表2   镀铬和去氢处理对30CrMNnMoTiA等钢的氢含量及缺口强度的影响

Table 2 the effect of chromate treatment and dehydrogenation to the quantities of hydrogen and notch strength in the test 

表3  予加载镀铬去氢缺口慢拉伸强度和氢含量

 Table3 the notch slowly tensile strength and quantities of hydrogen with chromate treatment and dehydrogenation after pre-stress

3.3镀铬工艺上限和下限对缺口慢拉伸强度的影响：

从图2、图3、图4可见镀铬上限的慢拉伸强度比下限低。予应力对缺口慢拉伸强度的影响，30CrMnMoTiA*明显。且随予应力增加慢拉伸强度下降。

去氢处理的慢拉伸强度：从图4图5图6可见：

未去氢处理的慢拉伸强度：随予应力增加而下降；

去氢处理后的慢拉伸强度：随予应力增加而下降不明显。

3.4镀铬对30CrMnMoTiA钢光滑拉伸性能的影响：

采用缺口慢拉伸试验，已对30CrMnMoTiA钢镀铬氢脆效应研究。为了全面地了解该钢的镀铬氢脆效应，我们又补充采用普通的光滑拉伸试样进一步地研究。

对试样进行870℃淬火，250℃低温回火，再分别经镀铬和去氢处理后做慢拉伸，（V=0.5mm/min）试验结果如表4。从表4可以看出：在上限液中电镀铬后未去氢的试样，断面收缩率显著下降。由53%降到2.4%，按照氢脆系数的公式可以看出此种钢氢氢脆系数=96%，氢脆敏感性*大。

表4 镀铬30CrMnMoTiA钢光滑试样慢拉伸性能的影响

Table 4 the effect of chromate treatment to the slowly tensile performances in 30CrMnMoTiA steel with smooth testing surface

试样经180℃CX2h去氢处理后，%值由2.4%上升到49%但仍低于镀前水平。

从镀铬前后的强度值可以看出，钢的屈服强度和断裂强度均未发现明显的变化。

3.5慢拉伸断口形貌分析

为了进一步研究镀铬对试验用钢氢脆断裂的研究，采用（TEM）电镜观察了断口的微观形貌。

3.5.1  30CrMnMoTiA钢的断口观察

试样经淬火和低温回火，硬度为HRC48.6～50，在未经表面处理的样品的边部（缺口根部）缺口形貌为解理状。镀铬后不去氢，断口呈沿晶脆断，属于典型的氢损伤段断口。

3.5.2  30CrMnSiA钢的断口观察

试样经淬火和低温回火，硬度为HRC48.6－49.2，表面不镀铬断口（边部），呈抛物线状塑坑形貌，为韧性断裂。

镀铬后经180℃×2h去氢处理，而边部则呈解理断裂。

镀铬后不去氢，断口呈沿晶断裂，晶面有少量析出物，没观察到显微空穴集聚迹象，单晶界分离上有细的撕裂棱和纹标志。具有“冰糖块”状的外貌，属于氢损伤断口。

3.5.3  25Cr2Ni4WA钢的断口观察

试样经淬火和低温回火处理,HRC44.4。表面不镀铬的试样断口边部和心部均呈塑坑状，为韧性断口。

镀铬不去氢试样属于沿晶氢脆断口。

25Cr₂Ni₄WA钢当施加10Kgf/mm²,20 Kgf/mm²予应力后再镀铬，180℃×2h去氢处理，其断口呈现沿晶和

塑坑混合状断口特征，因此，该钢种在10－20 Kgf/mm²予应力后缺口强度有所下降，（我们委托清华大学所做同样试验，予应力缺口强度没有明显变化，曲率变大了，缺口敏感性下降。）同时在晶界面上有发纹标志及撕裂岭的出现，属于氢损伤断口。

四、结论

4.1  30CrMnMoTiA、30CrMnSiA、25Cr₂Ni₄WA三种钢在镀铬后都全部大量渗氢,渗氢量为原始含量的数百倍。渗氢导致钢的严重强度损失，在0.5mm/min的拉伸速度下,缺口强度下降70%。

4.2镀铬的钢经180℃×2h去氢处理后,氢含量可降至1.5～3.3ml/100g的水平,但仍不能恢复到镀前的水平.

4.3对于30CrMnMoTiA、30CrMnSiA、25Cr₂Ni₄WA钢施加予应力，可加剧钢的氢脆，这表现为缺口强度随予应力的升高而降低。

4.4镀铬液的上、下限对钢的渗氢和氢脆有一定的差别，上限液的镀后增氢约为下限液的3～4倍。经180℃去氢后，它们的含氢量仍有差别。这使得经下限液中镀后钢的缺口强度高于上限液。这表明钢在下限液中的电镀后的氢脆低于上限液。

4.5 30CrMnMoTiA钢镀铬的光滑试样经0.5mm/分速度拉伸后，其面缩率53%下降到2.4%，但强度未发生明显的变化。采用光滑慢拉伸试样，其面缩率对氢脆较敏感。