300M超高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕防護(hù)研究

摘 要：通過對(duì)起落架用300M超高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理分析，從300M材料的使用環(huán)境以及拉伸應(yīng)力方面進(jìn)行原因分析，制定起落架的應(yīng)力腐蝕防護(hù)措施，提高起落架的抗應(yīng)力腐蝕能力。

關(guān)鍵詞：300M；應(yīng)力腐蝕；防護(hù)

前言：40CrNi2Si2MoVA（300M）鋼是目前起落架廣泛使用的超高強(qiáng)度鋼，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1960 MPa[1]，具有高強(qiáng)度和高韌性的特點(diǎn)，但抗應(yīng)力腐蝕能力卻隨著強(qiáng)韌性的提高而降低。本文通過對(duì)影響超高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕開裂的原因分析，根據(jù)現(xiàn)有的防護(hù)方法和手段，闡述超高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕防護(hù)措施。

一、超高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理分析

應(yīng)力腐蝕開裂是影響300M鋼使用的主要破壞形式之一，金屬材料在特定的環(huán)境中使用時(shí)，存在著拉伸應(yīng)力，極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，尤其是300M超高強(qiáng)度鋼，對(duì)應(yīng)力極其敏感。因此，影響應(yīng)力腐蝕的因素主要是金屬材料特性、腐蝕環(huán)境和拉伸應(yīng)力，當(dāng)三者同時(shí)存在時(shí)，應(yīng)力腐蝕就會(huì)發(fā)生。防止應(yīng)力腐蝕就是從產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的根本原因進(jìn)行分析，提高材料的抗應(yīng)力腐蝕能力，阻止造成應(yīng)力腐蝕的環(huán)境產(chǎn)生，降低零件的應(yīng)力。

二、300M鋼應(yīng)力腐蝕因素分析

力學(xué)因素、環(huán)境因素及金屬學(xué)因素是影響金屬材料應(yīng)力腐蝕性能的主要因素，當(dāng)合金體系確定以后，應(yīng)力與環(huán)境成為應(yīng)力腐蝕的兩個(gè)主要方面。

（一）影響應(yīng)力腐蝕的環(huán)境因素

溫度和介質(zhì)是影響應(yīng)力腐蝕環(huán)境的主要因素。當(dāng)溶液介質(zhì)中存在著可以造成應(yīng)力腐蝕的離子種類時(shí)，在合適的溫度下，很容易造成材料表面膜的破壞，促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性[2]，同時(shí)由于電化學(xué)的作用，造成材料的抗應(yīng)力腐蝕能力下降，電化學(xué)研究方法表明300M鋼對(duì)3.5%的NaCl溶液相當(dāng)敏感[3]。因此，改變材料的使用環(huán)境，尤其是材料使用的溫度和介質(zhì)的離子種類，可有效防止300M鋼的應(yīng)力腐蝕。

（二）影響應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力因素

應(yīng)力腐蝕開裂主要發(fā)生在應(yīng)力產(chǎn)生的部位，應(yīng)力的產(chǎn)生主要來自兩個(gè)方面：一種是來自材料本身產(chǎn)生的應(yīng)力，如材料的熱處理、機(jī)械加工、焊接、表面處理等過程中，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；另外一種是材料在使用過程中，外部受力造成的，主要是拉伸應(yīng)力，壓應(yīng)力不會(huì)造成應(yīng)力腐蝕。當(dāng)敏感材料在腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境中，如果沒有拉伸應(yīng)力，將不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕。

三、超高強(qiáng)度鋼應(yīng)力腐蝕防護(hù)措施分析

起落架用300M超高強(qiáng)度鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力提升主要從改變材料的特性、隔絕應(yīng)力腐蝕環(huán)境、降低拉伸應(yīng)力三個(gè)方面制定防護(hù)措施。

（一）改變材料的制造工藝

材料中的雜質(zhì)會(huì)造成材料性能的下降，同時(shí)也會(huì)在應(yīng)力腐蝕環(huán)境中加速材料的腐蝕。300M鋼采用真空熱處理技術(shù)，避免了滲氫，零件表面光亮，無氧化脫碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了零件的表面質(zhì)量，控制S含量和硫化物，獲取高純度300M超高強(qiáng)度鋼，提高在腐蝕環(huán)境中的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。

（二）改變產(chǎn)品的應(yīng)力狀態(tài)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，通過改變外部結(jié)構(gòu)，如增加過渡圓角，采用整體模鍛，減少焊接和機(jī)械加工，保證其表面的完整性，能有效降低材料的應(yīng)力水平，提高材料的抗應(yīng)力腐蝕能力。針對(duì)材料的內(nèi)部拉應(yīng)力，通過表面強(qiáng)化技術(shù)，如擠壓強(qiáng)化、噴丸強(qiáng)化、滾壓強(qiáng)化等手段，使拉伸應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，提高材料的抗應(yīng)力腐蝕能力。

（三）表面防護(hù)技術(shù)

對(duì)300M材料表面進(jìn)行電鍍或涂覆涂層，將金屬表面與腐蝕介質(zhì)隔絕，可有效提高300M的抗腐蝕能力。

（1）電鍍防護(hù)。電鍍防護(hù)使金屬表面電鍍一層耐腐蝕的金屬層，隔離了腐蝕介質(zhì)，提高電鍍的防腐蝕能力將極大的提高300M鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力。目前應(yīng)用的低氫脆鍍鎘-鈦比傳統(tǒng)的磷化有著更強(qiáng)的表面防護(hù)能力，極大的提高了零件的耐蝕性。

（2）熱噴涂防護(hù)。300M鋼對(duì)氫脆極其敏感，常規(guī)的電鍍過程存在引入氫的風(fēng)險(xiǎn)，新工藝的研究中，通過熱噴涂WC涂層的方法，解決了氫脆問題的產(chǎn)生，同時(shí)涂層的結(jié)合力強(qiáng)，耐磨性好，能夠極大的提高材料的耐蝕性，此防護(hù)技術(shù)可用于零件的運(yùn)動(dòng)摩擦部位的防護(hù)。研究表明300M鋼基體上高速火焰噴涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂層可有效提高產(chǎn)品的抗疲勞和抗鹽霧腐蝕性能，熱噴涂技術(shù)可以更好的對(duì)300M鋼進(jìn)行防護(hù)。

四、結(jié)論

本文通過對(duì)影響應(yīng)力腐蝕的三個(gè)主要因素進(jìn)行分析，針對(duì)300M鋼的材料特性，從原材料的制造、產(chǎn)品的無應(yīng)力設(shè)計(jì)、材料表面防護(hù)等方面闡述了提高材料抗應(yīng)力腐蝕特性的措施，提高300M材料的抗腐蝕應(yīng)力特性措施進(jìn)行總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張曉云，孫志華，劉明輝等。40CrNi2Si2MoVA鋼的大氣應(yīng)力腐蝕行為[J]，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2006，26（5）：275-281.

[2] Liu D X，Jin S，He J W.Stress corrosion cracking of ultra-high strength steel 300M[J]. Spec Steel，1997，18（ 6）：20.