300M超高強度鋼應力腐蝕防護研究

摘 要：通過對起落架用300M超高強度鋼應力腐蝕開裂機理分析，從300M材料的使用環境以及拉伸應力方面進行原因分析，制定起落架的應力腐蝕防護措施，提高起落架的抗應力腐蝕能力。

關鍵詞：300M；應力腐蝕；防護

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

一、超高強度鋼應力腐蝕開裂機理分析

應力腐蝕開裂是影響300M鋼使用的主要破壞形式之一，金屬材料在特定的環境中使用時，存在著拉伸應力，極易發生應力腐蝕，尤其是300M超高強度鋼，對應力極其敏感。因此，影響應力腐蝕的因素主要是金屬材料特性、腐蝕環境和拉伸應力，當三者同時存在時，應力腐蝕就會發生。防止應力腐蝕就是從產生應力腐蝕的根本原因進行分析，提高材料的抗應力腐蝕能力，阻止造成應力腐蝕的環境產生，降低零件的應力。

二、300M鋼應力腐蝕因素分析

力學因素、環境因素及金屬學因素是影響金屬材料應力腐蝕性能的主要因素，當合金體系確定以后，應力與環境成為應力腐蝕的兩個主要方面。

（一）影響應力腐蝕的環境因素

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

（二）影響應力腐蝕的應力因素

應力腐蝕開裂主要發生在應力產生的部位，應力的產生主要來自兩個方面：一種是來自材料本身產生的應力，如材料的熱處理、機械加工、焊接、表面處理等過程中，產生的殘余應力；另外一種是材料在使用過程中，外部受力造成的，主要是拉伸應力，壓應力不會造成應力腐蝕。當敏感材料在腐蝕介質存在的環境中，如果沒有拉伸應力，將不會出現應力腐蝕。

三、超高強度鋼應力腐蝕防護措施分析

起落架用300M超高強度鋼的抗應力腐蝕能力提升主要從改變材料的特性、隔絕應力腐蝕環境、降低拉伸應力三個方面制定防護措施。

（一）改變材料的制造工藝

材料中的雜質會造成材料性能的下降，同時也會在應力腐蝕環境中加速材料的腐蝕。300M鋼采用真空熱處理技術，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量，控制S含量和硫化物，獲取高純度300M超高強度鋼，提高在腐蝕環境中的疲勞裂紋擴展速率。

（二）改變產品的應力狀態

產品設計過程中，通過改變外部結構，如增加過渡圓角，采用整體模鍛，減少焊接和機械加工，保證其表面的完整性，能有效降低材料的應力水平，提高材料的抗應力腐蝕能力。針對材料的內部拉應力，通過表面強化技術，如擠壓強化、噴丸強化、滾壓強化等手段，使拉伸應力變為壓應力，提高材料的抗應力腐蝕能力。

（三）表面防護技術

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

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

（2）熱噴涂防護。300M鋼對氫脆極其敏感，常規的電鍍過程存在引入氫的風險，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生，同時涂層的結合力強，耐磨性好，能夠極大的提高材料的耐蝕性，此防護技術可用于零件的運動摩擦部位的防護。研究表明300M鋼基體上高速火焰噴涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂層可有效提高產品的抗疲勞和抗鹽霧腐蝕性能，熱噴涂技術可以更好的對300M鋼進行防護。

四、結論

本文通過對影響應力腐蝕的三個主要因素進行分析，針對300M鋼的材料特性，從原材料的制造、產品的無應力設計、材料表面防護等方面闡述了提高材料抗應力腐蝕特性的措施，提高300M材料的抗腐蝕應力特性措施進行總結。

參考文獻：

[1] 張曉云，孫志華，劉明輝等。40CrNi2Si2MoVA鋼的大氣應力腐蝕行為[J]，中國腐蝕與防護學報，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.