氢原子渗透对管线钢微裂纹扩展的影响研究

管线钢在发生氢致开裂过程中,氢原子通过吸附、渗透等方式进入金属并聚集在微裂纹和微孔中,并与缺陷产生相互作用,对钢材的力学性能产生极大影响。为研究氢原子渗透对管线钢裂纹开裂行为的影响,采用分子动力学方法,首先建立含缺陷的铁素体型管线钢的铁素体-渗碳体微观片层结构,随后研究在单轴拉伸载荷作用下,处于300 K温度下不同氢原子浓度对铁素体-渗碳体层间裂纹扩展的影响,获取其力学性能曲线,并观察微观结构不同受载阶段的演化特征。结果显示,随着氢原子浓度的增加,铁素体-渗碳体片层结构的峰值应力将随之减小,且氢浓度越高,峰值应力降低幅度越大。氢原子的引入仅仅会改变裂纹扩展的速度,而不会对裂纹扩展方向产生变化。模型进入塑性应变时,大量位错及相变集中在裂纹右侧,从而阻碍右侧裂纹开裂,并且氢原子的引入也会阻碍FCC相和HCP相向BCC相的转变。研究可为深入探索管线钢氢致开裂行为的微观演化机理提供理论参考。