第三代先进高强度钢（AHSS）因兼具高强韧性、优异焊接成形性及轻量化特性，被广泛应用于汽车、桥梁、海洋工程等领域，其中超细贝氏体（UFB）钢与淬火分区（Q&P）钢作为典型代表，其高强度BCC硬相+高塑性FCC软相的多相结构进一步赋予了材料优良性能。然而，这类钢在海洋环境服役时，不仅需承受自身载荷与外部应力，还会受到海水中腐蚀性离子的侵蚀，极易引发应力腐蚀开裂（SCC），最终导致材料断裂失效，因此需要探究典型AHSS在海洋环境中的应力腐蚀开裂行为及机制，为其在海洋工程等严苛环境中的安全应用提供理论支撑。

近日武汉科技大学研究团队研究了相同成分的超细贝氏体钢和调质钢在预应变(1σS)下的应力腐蚀行为，明确了预应变通过TRIP效应改变微观结构对SCC的作用，发现Q&P钢SCC敏感性更高，并证实了电化学-力学耦合机制。相关研究结果以“Mechanistic insight into pre-strain influenced stress corrosion cracking of advanced high-strength steels in marine environment”为题被发表在了期刊《Corrosion Science》上。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113057

【核心内容】

该研究以超细贝氏体UFB钢和淬火分区Q&P钢为对象，探究海洋环境中预应变（1σs）对其应力腐蚀开裂（SCC）的影响，发现预应变经TRIP效应降低了两种钢残余奥氏体含量并提升位错密度，加剧材料的应力集中与微电偶腐蚀以加速裂纹形核。UFB钢中稳定残余奥氏体膜可钝化裂纹、降低SCC敏感性，而Q&P钢因含更多低稳定性残余奥氏体块，SCC敏感性更高，其在海水环境中伸长率仅4.6%，预应变后2.2%。有限元模拟证实了电化学-力学耦合机制，明确了微观结构对两种钢SCC行为的调控作用及应力腐蚀断裂机制。

图形摘要

【研究方法】

该研究围绕超细贝氏体（UFB）钢与淬火分区（Q&P）钢的应力腐蚀开裂行为，采用“材料制备-微观表征-性能测试-数值模拟”的综合研究方法，以成分为0.4C-1.50Si-1.50Mn-0.25Mo-0.016Nb-Fe（wt%）的钢为原料，通过差异化热处理获得UFB和Q&P钢。其中UFB钢在950℃奥氏体化30min，并在350℃保温4h后空冷获得，Q&P钢在950℃奥氏体化后在190℃淬火2min+450℃回火5min后空冷获得。

钢材的热处理工艺

研究使用了SEM、XRD、TEM、EBSD观察了两种钢的微观形貌、物相组成及结构转变，用拉曼光谱分析腐蚀产物成分。在3.5wt.%的NaCl溶液中对钢材进行电化学测试，以0.1mm/min应变速率进行慢应变拉伸（SSRT）测试，在5wt.%的NaCl和35±2℃条件下进行中性盐雾测试，分别对腐蚀性能、应力腐蚀敏感性及腐蚀速率与产物演变进行分析。最后构建模拟海水环境中电化学-力学耦合效应，验证相关机制。

（a）应力腐蚀有限元模型，（b）网格划分

【研究结果】

① 微观结构变化

预应变通过TRIP效应使UFB钢和Q&P钢中的残余奥氏体（RA）含量分别从6.22%和5.25%降至1.77%和1.46%，位错密度与Σ3晶界含量升高，小于5μm的晶粒占比均超过92%。其中UFB钢微观结构更均匀，而Q&P钢中含有更多的低稳定性RA块体。

未预应变钢的微观组织

钢的EBSD图：（a，b）常规钢，（c，d）1σs预应变钢

② 电化学与腐蚀性能

预应变后两种钢腐蚀电流密度均升高，其中UFB由1.976×10⁻⁵A・cm²升高为3.139×10⁻⁵A・cm²，Q&P由2.001×10⁻⁵A・cm²升高至2.894×10⁻⁵A・cm²。中性盐雾测试中，Q&P钢腐蚀速率高于UFB钢，且其锈层α/γ*更低、保护性更差，预应变进一步降低了两者的耐蚀性。

钢在3.5 wt.% NaCl溶液中的动电位极化曲线

③ 应力腐蚀开裂（SCC）行为

Q&P钢SCC敏感性显著高于UFB钢，海水环境中Q&P钢伸长率仅4.6%，预应变后2.2%，海水环境中UFB钢伸长率为12.2%，预应变后为10.3%。UFB钢在空气与海水均呈韧性断裂，而Q&P钢海水环境为韧脆混合断裂，两者裂纹均穿晶扩展。

（a）钢材在空气中和模拟海水环境中的应力-应变曲线，以及（b）钢材的SCC敏感性

钢断口剖面裂纹的EBSD图：（a，b）在空气中，（c，d）在3.5%NaCl溶液中，（e，f）预应变1σs在3.5%NaCl溶液中

常规和预应变钢TEM图像

④ 机制与模拟验证

预应变通过TRIP效应加剧了应力集中与微电偶腐蚀并加速裂纹形核，而UFB钢中由于RA膜可钝化裂纹。与实验结果一致，有限元模拟1σs预应变下Q&P钢局部电流密度为0.033A/mm²，远高于UFB钢中0.0072A/mm²。

UFB钢应力腐蚀有限元模拟

模拟海水环境下预应变对钢材SCC敏感性的影响示意图

【总  结】

该研究中预应变经TRIP效应降低残余奥氏体含量并提升位错密度，加剧应力集中与微电偶腐蚀以加速裂纹形核。UFB钢因微观均匀且稳定残余奥氏体膜可钝化裂纹，SCC敏感性较低，Q&P钢因低稳定性残余奥氏体块更多、锈层保护性差，SCC敏感性更高，有限元模拟与实验结果吻合，该研究为阐明AHSS在海洋环境中的SCC失效机制及结构设计优化提供理论支撑。