[发明专利]一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法

权利要求书

1.一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法，其特征在于，包括下述过程：

(一)建立计算薄板试样氢分布和热脱附谱的平衡状态模型及其数值计算模型；

(二)确定平衡状态模型对某种奥氏体不锈钢的适用条件；

(三)开展奥氏体不锈钢的氢热脱附试验，利用热脱附谱求得氢陷阱结合能和氢陷阱激活能；

其中，

过程(一)具体包括：

(1)建立表征金属内部晶格氢和陷阱氢间的相互作用关系的基本控制方程，即M-F模型：

式中，x是薄板试样厚度方向的坐标，t是时间，C(x,t)是薄板试样厚度方向坐标为x处在时间t时的氢浓度，D₀是指前氢扩散系数，E_L是晶格内的氢扩散能，R是气体常数，φ是氢热脱附试验过程中的升温速率，T_i是初始绝对温度，N是氢陷阱类别对应的氢陷阱密度，θ是氢陷阱类别被氢占据的比例，k是氢被氢陷阱类别捕获速率的指前常数，p是氢从氢陷阱类别脱离速率的指前常数，k/p＝1/N_L，N_L是晶格密度，E_t是氢陷阱类别的势垒，E_d是氢陷阱类别的激活能；

(2)建立局部区域内陷阱中的氢含量与晶格中的氢含量的平衡状态方程：

式中，θ_L是晶格被氢占据的比例，E_b是氢陷阱结合能，T是绝对温度；

(3)引入氢等效扩散系数D_eff来表征陷阱中以及晶格中氢的关联热脱附过程：

式中，D是晶格氢扩散系数；

(4)在薄板试样初始氢浓度分布均匀且为C₀的情况下，建立薄板试样内氢的总含量方程：

式中，Q是薄板试样内氢的总含量，d是薄板试样厚度的一半，C₀是薄板试样初始分布均匀的氢浓度；

(5)采用有限差分方法建立对应的数值计算模型；

所述过程(二)具体包括：

假设所有样品均具有均匀的初始氢浓度，并且样品中仅存在一种氢陷阱；计算并通过对比M-F模型预测结果和平衡状态模型预测结果之间的差异确定适用于该奥氏体不锈钢的最大的升温速率和最大的试样厚度；

所述过程(三)具体包括：

(1)采用平衡状态模型时，用氢等效扩散系数D_eff来描述奥氏体不锈钢中一种氢陷阱的氢扩散；在薄板试样厚度为2d、初始氢浓度分布均匀且为C₀的情况下，在时间t内的热脱附过程中，薄板试样放出的氢含量Q_d为：

结合公式(4)和公式(6)，拟合氢热脱附试验获得的氢热脱附谱，即得到奥氏体不锈钢的氢陷阱结合能；

(2)鉴于公式(6)具有无穷级数项，使其难以拟合氢热脱附试验获得的氢热脱附谱；采用氢预脱附方法将公式(6)简化为：

式中，Q₀为预脱附后薄板试样中剩余的氢含量；

公式(9)对时间t求导，并进行相应变化得：

(3)对奥氏体不锈钢薄板试样进行预定程度的氢预脱附后，在设定的升温速率下开展奥氏体不锈钢薄板试样的氢热脱附试验，得到热脱附谱；

不同种类的奥氏体不锈钢的氢脆性能存在差异，所述预定程度的氢预脱附、设定的升温速率均以过程(一)至(三)所述的方法进行判断；

氢热脱附试验时假设材料仅存在一种氢陷阱；

(4)结合公式(4)和公式(10)，对薄板试样氢热脱附试验的热脱附谱进行拟合，即能求得相应的氢陷阱结合能E_b；

将氢陷阱结合能E_b与晶格内的氢扩散能E_L相加，即得到氢陷阱激活能E_d。