中锰钢作为第三代先进汽车高强钢，具有极为出色的强度和延展性，性能跨度区间大，是未来汽车车身制造的核心候选材料。同时氢能作为清洁能源，在新能源汽车领域也有广阔的应用前景。但是，氢作为宇宙中最轻的元素，原子尺寸约为0.1~0.3 nm。“小身材”令其在金属的中的扩散轻而易举，当其进入金属材料后，金属的力学性能变化明显，表现为塑性损失或强度损失，即材料变脆（氢脆）的现象，导致材料提前断裂或突然失效等问题。随着钢强度的提高，氢脆风险显著增加，当抗拉强度超过1000 MPa，氢脆敏感性飙升，甚至超过99%，受力瞬间开裂。氢脆（HE）已成为制约超高强度钢安全服役、阻碍中锰钢商业应用的核心瓶颈。
近期，核装备与核工程学院高端装备材料与工艺研发团队在该领域取得突破性进展，相关研究论文《Effect of aluminum addition on mechanical properties and hydrogenembrittlement sensitivity of medium-Mn steels》发表于材料领域TOP期刊Corrosion Science（IF: 8.5）。该研究通过添加少量（2wt.%）常见的轻质合金元素铝，旨在提高Fe-Mn-C系中锰钢的抗氢脆性能，并系统研究了0Al（无铝）和2Al（含2%铝）两种中锰钢变形过程的微观组织演变规律和抗氢机制。
结果表明，Al的加入不仅提高了材料的轻量化水平，结合优化的热处理工艺设计，进一步改善了材料组织结构，同时，含铝中锰钢的强塑积（抗拉强度和延伸率的乘积）以及抗氢脆性能均显著提升。氢在体心立方（bcc）相中扩散系数为10-8m2/s，而在面心立方（fcc）相中的扩散系数仅为10-16m2/s，这意味着临氢状态下，H最先在铁素体和马氏体相富集；亚稳奥氏体相变为形变马氏体，体积膨胀，新形成的新鲜马氏体也成为氢致开裂优先位置。该研究尝试通过元素设计和热处理得到更具优势的组织结构来提升抗氢能力。0Al（回火态）氢脆敏感性为91.9%，冷轧引入的大量马氏体成为氢富集区，导致材料迅速开裂；而样品2Al（退火态）氢脆敏感性降至47.7%。性能的改善主要源于相组成优化和奥氏体稳定性的调整。如图1所示，2Al退火钢中拥有更均匀的微观结构分布，诱导氢在初始状态分布均匀，减缓局部氢富集；较高的奥氏体体积分数和稳定性使其氢致裂纹扩展受阻，延迟氢脆现象的发生，从而降低材料的氢脆敏感性。该成果为中锰钢的抗氢性能优化提供了理论支撑，也为开发具有优异综合性能的高强度钢提供了有价值的实践参考。
图1.0Al退火态含氢试样和2Al退火态含氢试样断后表面裂纹观察，(a, b) 显微组织；(a1, b1) 相图；(a2, b2) IPF图;(a3, b3) KAM图
该论文以烟台凯旋官网为第一单位，核装备与核工程学院徐娟萍博士为第一作者，北京科技凯旋官网李金许教授为通讯作者，相关工作得到了国家自然科学基金、山东省重大专项等项目的资助。
论文链接：https://doi10.1016/j.corsci.2025.11d3511
来稿时间：5月11日 审核：刘俞斌 责任编辑：刘运正
