国家材料腐蚀与防护科学数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
中文 | Eng 数据审核 登录 反馈
褚武扬:腐蚀研究一定要基于实际应用
2015-03-13 09:50:00 作者:刘娟 来源:《腐蚀防护之友》

  “氢脆包括氢损伤(钢中白点,焊接冷裂纹、酸洗裂纹、H2S中开裂、高温高压氢蚀、氢化物脆)、氢致塑性损失、氢致滞后开裂等,它属于腐蚀领域。高强度钢在水介质中应力腐蚀的本质就是一种氢致滞后开裂。在工业生产和国防事业中,氢脆引起的事故时常发生,只有通过综合分析、弄清事故的原因后,才能找到预防同类事故的对策”,已退休的北京科技大学褚武扬教授,向《腐蚀防护之友》杂志记者讲道。

  2014年春暖花开时,记者在北京科技大学褚武扬教授(以下称“褚老师”)的家中,采访了这位一生都在从事材料科学研究的学者。过去的马航MH370事件,当时引起了国内外网站、报纸、各类媒体的深度聚焦,对于美国波音七系飞机的各种消息与事件猜测,在渐渐地淡出人们的视野时,褚老师从技术的角度向我们澄清了,氢脆与应力腐蚀并不是足以构成马航飞机失事的首要因素。

  因势利导解决工业生产氢脆问题

  褚老师一生长期从事材料科学方面的教学与研究,见证了断裂力学、应力腐蚀与氢脆等领域的发展。褚老师向我们介绍道:“作为学校科研,我们的主要精力是进行973项目、863项目、国家自然科学基金等国家项目的基础研究工作,但和工厂合作的课题也一直没有断过,氢脆应力腐蚀常常发生于工业领域,产学研可以将产业、学术与自主研发很好的共同协作与推进。”

  在工业生产过程中,现在的企业如果有问题,第一时间找专家来解决。如何低成本,长效解决氢脆问题,褚老师回忆起一些往事。

  褚老师说:“印象比较深的,是在国防方面解决了一次氢脆造成的腐蚀问题。七十年代172飞机制造厂的轰炸机在例行检查时,发现连接起落架的螺桩出现批量开裂,导致该型号飞机全部停飞。通过大量实验,确认这是高强度钢水介质应力腐蚀,即氢致滞后开裂,并提出了解决方案,从而化解了危机。”

  造成螺桩开裂的原因如下:“螺桩沾胶(由含水酒精配制)紧固,有时胶没有完全凝固,引起未出厂的飞机发生高强度钢螺桩氢致滞后开裂;某些已凝固的螺桩由于螺纹根部太尖锐,强度又太高,服役时和雨水接触引起水介质应力腐蚀(氢致滞后开裂)。

  解决的办法有三个:

  1、由于螺纹部分埋入起落架接触面积大,故螺纹部分的强度可小于螺杆部分,从而使螺纹部位的应力腐蚀抗力大幅度提高,工艺上可通过螺纹部分铅浴回火来实现。

  2、用滚压代替车削,可使螺纹根部半径大幅度提高,从而成倍提高螺纹的应力腐蚀抗力。

  3、用国产的快速凝固的胶粘合

  从事件本身来说,并没有使用太复杂的技术与工艺,顺着事情发展的趋势,摸清脉落,向有利于实现目的的方向加以引导,这是褚老师当时解决问题的思路。

  某工厂生产的重轨轧后堆在一起缓冷,让氢扩散跑出,在白点形成温度(约150℃)前氢浓度低于临界值,从而不出现白点。冷至室温后再热处理。为了提高生产效率,工厂准备在线热处理,即轧后不缓冷直接热处理。由于氢不能扩散跑出,超过临界值就有可能引起白点(氢致裂纹)。通过大量实验和统计分析,发现该重轨出现白点的临界氢浓度为C固=2.6ppm.它对应钢包中的氢浓度为C液=4.7ppm.钢包中氢浓度可实时测量。因此我们建议,当钢包中氢浓度小于4.7ppm时,轧成重轨后可直接热处理;如钢包中氢浓度大于4.7ppm,则轧成重轨后要堆冷,缓冷至室温让氢大量跑出后再热处理。

  煤制天燃气和普通天燃气的不同在于前者含有氢,最高可达6%。管输压力为12MPa,则对应氢气压力为0.72MPa。煤制天燃气必须通过现有管道进入用户。现有管道在0.72MPa氢气中长期服役是否会发生氢损伤和氢致滞后开裂呢?我们的实验证明,管线钢外加屈服应力在2MPaH2或2MPaH2+10MPaN2中保持720h不发生氢致开裂,对应氢浓度为0.44ppm。通过电解充氢使氢浓度为0.9ppm时,外加屈服应力的管线钢能发生氢致滞后开裂。煤气、天燃气在服役时(0.72MPaH2)进入管线的氢浓度为0.2ppm。因此,现有管线在煤制天燃气中长期服役不会发生氢致滞后开裂,而且安全系数k=0.9/0.2=4.5足够高。

  学习在没有建议的情况下处理问题

  腐蚀研究一定要基于实际应用,人的一生中,经验的积累贯穿整个人生,不可或缺的独立处理问题能力、思考能力、判断能力,每个人都知道它们不是一蹴而就。褚老师说:“今天的大学生将是未来国家科技发展的中坚力量。大学学习是一个培养学习能力的过程。是培养自我管理、独立思考与动手能力的一个重要阶段。大学期间,要不断调整学习方法。作为老师,喜欢有自己想法,并且愿意和老师讨论的学生,但现在这样的学生很少。擅于独立思考的学生,才可能有独立的创新。”

  “很多人问我中国、美国、日本的科研人员有何区别时,我的回答是,中国学生很会学习,勤奋与学习成绩一直在世界上被认可,但获得诺贝尔奖的欧美人居多,日本也有获诺贝尔奖,这就看出来我们之间的差距。知识面、动手能力、思考能力是创新的关键,而创新是秉持一个国家国防、科技前卫的原动力,所以,今天我们的应试教育要不断改变,让更多的学生懂得,学习是什么,要怎么学。”褚老师说。

  褚老师语重心长地说:“大一新生是最好塑造的时期,需要把已有课程学好,有兴趣的选修。知识总是有用的。可能现在没感觉到,过了十年,触类旁通,说不定真还有用。大学生需要知道从哪里去查书,请教哪些人,独立思考,找到解决问题的方法。”

  褚老师一生除了进行科研与学校教育,还著有七书专著,有应出版社之邀约、学生之请求,也有希望将自己一生所学反哺社会的责任心在其中。《氢脆和应力腐蚀》是褚老师在退休之后独立完成,一直在实验室里写了三年时间。褚老师说:“写这本书之前,先找到所有关于氢脆与应力腐蚀领域的文献,大约有三千多篇。每篇文献均复印或下载并编号。其次,按照我的思路编排目录。看文献时做笔记,指出哪一部分可为某一章节所用。最后,一口气完成初稿再修改。图都是我手画草稿,然后请研究生用电脑制作。文字尽量写得深入浅出,基本公式均有详细的推道,不用查询别的书,一口气都可以看得下来。”

  [后记]

  每个人的人生都是一个精彩的故事,有比较感慨比较难忘的往事。从褚老师求学的顺遂,出国的波折与人生中多次申报科学院院士的意料之外,聊起褚老师自己,他微微一笑说“我这个人比较淡定,人生中该我的就会有,人生中该我没有的,继续努力。”

  这种性格,让褚老师对工作、对生活,踏实努力,一切工作从实际出发。

 

  个人简介

  褚武扬教授1956年毕业于宜兴一中,1962年毕业于北京钢铁学院金属物理专业。1986年为教授,同年被国家评为博士生导师。1987年至1991年在美国Carnegie-Mellon大学任客座教授。长期从事材料科学方面的教学和研究工作。在断裂力学、氢脆和应力腐蚀规律及机理方面做了系统研究,并有创造性的成就。

  褚武扬教授已出版的7本专著如下:

  1)《断裂力学基础》 1979,科学出版社,褚武扬

  2)《断裂韧性测试》 1979,科学出版社,褚武扬,林实,王枨

  3)《氢损伤和滞后断裂》 1988,冶金工业出版社,褚武扬

  4)《应力腐蚀机理》 1994,科学出版社,乔利杰,王燕斌,褚武扬

  5)《断裂和滞后断裂》 2001,科学出版社,褚武扬,乔利杰,陈奇志,高克玮

  6)《材料科学中的分形》 2004,化工出版社,褚武扬,宿彦京,高克玮,何建英,李金许,乔利杰

  7)《氢脆和应力腐蚀》包括“基础部分”和“典型体系”两卷,2014,科学出版社,褚武扬,乔利杰,李金许,宿彦京,岩雨,白洋,任学冲,黄海友

  褚武扬教授在国内外杂志上发表论文535篇,其中SCI收录343篇,EI收录158篇。论文在SCI上被他人引用743次,CSCD引用544次。其成果获国家自然科学二等奖1项,获部委级科技进步一等奖3项,二等奖7项。已培养硕士、博士和博士后44名。1992年被人事部授予国家级有突出贡献中青年专家称号。

 

 


 

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心