氢致延迟断裂一直是超高强度钢应用的安全隐患，这在学术界和产业界已成为共识。如何抑制和减缓超高强度钢零件的氢致延迟断裂并揭示其相关机理和机制一直是科学家和工程技术人员追求的目标。中信金属和悉尼大学等以“Observation of hydrogen trapping at dislocations, grain boundaries and precipitates”（位错、晶界和沉淀相作为氢陷阱的观测）为题，于2020年1月10日发表在国际顶级学术期刊《Science》上。中信金属股份副总经理郭爱民博士和路洪洲博士深入参与了课题的研究，并参与了论文的撰写和修订，是本文的共同作者，汽车技术负责人路洪洲博士是本文的共同通讯作者。悉尼大学陈翊昇博士为第一作者，另外北京科技大学赵征志教授和梁江涛博士（现任职首钢技术研究院）、上海交通大学李伟副教授、以及悉尼大学的其他研究人员参与了本文的研究。中信金属股份有限公司为本文的通讯单位之一，这是中信集团首次在《Science》上发表论文。人类不断探寻和尝试揭示自然世界奥秘的诉求和行动，促进了科技的不断发展和进步，为人们的生活带来了更多的便利，也促进了人与自然的和谐相处。本文的发表在促进人类科技进步的同时，也是中信集团“共生共享”品牌理念的生动体现。

 

       研究团队通过三维原子探针层析技术（Atom Probe Tomography, 简称APT，该技术可以观察每一个原子的成分及其排布方式）、冷链传输技术并采用氢的同位素的创新方法，以工业化的含铌热成形钢为实验材料的设计原型，在世界上首次定量揭示了高强度钢三种氢陷阱的作用机理，首次定量观测到位错和晶界位置的氢，如下图2(C)和(G)，此结果展示了足以完全验证氢脆理论模型的重要实验数据。首次定量明确铌的化合物的氢陷阱作用，并且证实氢主要分布在NbC与基体的结合处，如下图3(C)~(F)，验证了理论学家采用第一性原理的理论计算结果。

 

        该研究以中信金属牵头开发的铌微合金化热冲压成形钢作为原型进行实验材料设计，将机理研究与工程化应用密切结合。在公司领导的支持下，2018年，中信金属股份有限公司与悉尼大学建立了合作研发课题（No.2018FWNB30064），开展超高强度钢的氢致延迟断裂机理研究。同年，中信金属股份有限公司与悉尼大学获得了澳大利亚科技部基金课题(No.LP180100431)）支持。同时，中信金属先后与北京科技大学、上海交通大学建立合作，以支撑该技术的研究。铌可以增加位错、晶界和沉淀相，三者均可以做氢陷阱，本文研究的创新成果对材料工业和汽车工业有巨大的支撑作用，对未来的新材料开发和优化有重大的指导意义，对工程应用中如何进一步缓解氢脆指明了方向。

 

附件：《科学》简介

 

《科学》（英语：Science）是美国科学促进会（英语：American Association for the Advancement of Science，AAAS）出版的一份学术期刊，为全世界最权威的学术期刊之一。《科学》是发表最好的原始研究论文、以及综述和分析当前研究和科学政策的同行评议的期刊之一。2018年《Science》影响因子为41.058，代表了人类自然科学研究的最高水平。

 

图1. “Observation of hydrogen trapping at dislocations, grain boundaries and precipitates” 在《Science》上发表

 

图2.三维原子探针观测到的晶界和位错处的氢.Y. Chen, H. Lu et al “ Science (2020）

 

图3.三维原子探针观测氢存在于Nb(C,N)与基体的晶格畸变位置.Y. Chen, H. Lu et al “ Science (2020）