1前言

大部分高强度钢的基体组织是板条马氏体，由板条、块、束和原奥氏体晶粒等尺寸和晶体学特征不同的各种显微组织构成（图1）。板条是最小的组织单位，呈宽约0.2μm的板状形态，并含有10¹⁴-10¹⁵m^-2的高密度位错。块是具有几乎相同结晶取向的板条簇，而束是具有几乎相同惯习面的板条簇。通常，一个原奥氏体晶粒由几个束分开。板条边界是取向差在3°以下的小角度相界面，但是大部分的块边界和束边界与原奥氏晶界一样都是大理和液态氮温度下的低温处理，得到了板条马氏体单相组织。在-175℃的温度下，进行夏比冲击试验，制作了低温脆性断裂的试样。另外，利用阴极电场法进行充氢后，进行了低应变速率拉伸试验和卸荷力学性能试验，使其产生氢脆断裂。通过扫描电镜（SEM）观察试验后的断口形貌，通过SEM获得的背散射电子衍射图（EBSD）对断口及裂纹的结晶学特征进行分析。

3试验结果

在-175℃温度下进行夏比冲击试验后观察断口的角度相界面。因此，众所周知，板条马氏体组织的力学特性很大程度上依赖于马氏体显微组织。为了不断提高高强度马氏体钢的断裂特性，弄清断裂行为与马氏体显微组织的关系至关重要。本文介绍了围绕低温脆性断裂和氢脆断裂行为与马氏体显微组织的关系所进行的研究。

2试验方法

材料使用了各种低碳马氏体钢（Fe-0.1C、Fe-0.2C、Fe-2Mn-0.1C、Fe-8Ni-0.1C）。对各试样进行奥氏体化处理后，通过冰盐溶液淬火处 SEM图像发现，低温脆性断口主要是伴随河流状解理断口构成。观察低温脆性断裂后断口附近区域的EBSD取向图发现，断口由若干个立面构成，断裂扩展到原奥氏体晶粒内。另外，断口的立面与马氏体的{001}面的痕迹一致。{001}面是bcc金属的典型解理面，所以低碳马氏体钢的低温脆性可以说是由于解理断裂而产生的。在调查低温脆性裂纹传播与马氏体显微组织的关系时，清楚了在裂纹贯穿边界处的{001}面的取向差很小，在裂纹传播停止边界处的{001}面的取向差较大。在马氏体相变基本反应过程中的Bain晶格变形中，从结晶学的观点来看有三种，由同一Bain晶格变形生成的变量间的{001}面的角度差比较小。因此，属于相同的Bain晶格变形簇的变量集合（Bain单元）可以认为是低温脆性中的有效组织单位。

众所周知，马氏体钢的氢脆断裂是由准解理断裂和晶界断裂两种断裂方式产生。研究了不同强度等级马氏体钢的氢脆断裂行为后确认，随着材料强度等级的提高和氢含量的增加，断裂方式有从准解理断裂向晶界断裂转变的倾向。准解理断口与上述低温脆性中的解理断口一样是平坦断口，但断口上存在与河流状不同的、被称为锯齿状或撕裂状图案。通过SEM观察裂纹传播行为并通过EBSD分析进行详细调查后，明确了准解理断裂是在原奥氏体晶界或其附近发生的裂纹，但沿着板条内的{011}面传播而产生。另一方面，晶界断裂在宏观层面沿原奥氏体晶界发生。但在微观层面上，晶界断裂并非连续传播，在原奥氏体晶界上可以观察到很多非断裂带。原奥氏体晶界是马氏体相变前的母相奥氏体的晶界场所，之后由于马氏体相变，成为各区段的取向差等晶界特征不同的不均匀结构。关注取向差，调查了非断裂带的形成位置，明确了原奥氏体晶界中取向差为小角度的区段对应非断裂带的情况较多。（全荣）