“氫脆包括氫損傷（鋼中白點，焊接冷裂紋、酸洗裂紋、H2S中開裂、高溫高壓氫蝕、氫化物脆）、氫致塑性損失、氫致滯后開裂等，它屬于腐蝕領域。高強度鋼在水介質中應力腐蝕的本質就是一種氫致滯后開裂。在工業(yè)生產和國防事業(yè)中，氫脆引起的事故時常發(fā)生，只有通過綜合分析、弄清事故的原因后，才能找到預防同類事故的對策”，已退休的北京科技大學褚武揚教授，向《腐蝕防護之友》雜志記者講道。

　　2014年春暖花開時，記者在北京科技大學褚武揚教授（以下稱“褚老師”）的家中，采訪了這位一生都在從事材料科學研究的學者。過去的馬航MH370事件，當時引起了國內外網(wǎng)站、報紙、各類媒體的深度聚焦，對于美國波音七系飛機的各種消息與事件猜測，在漸漸地淡出人們的視野時，褚老師從技術的角度向我們澄清了，氫脆與應力腐蝕并不是足以構成馬航飛機失事的首要因素。

　　因勢利導解決工業(yè)生產氫脆問題

　　褚老師一生長期從事材料科學方面的教學與研究，見證了斷裂力學、應力腐蝕與氫脆等領域的發(fā)展。褚老師向我們介紹道：“作為學?？蒲?，我們的主要精力是進行973項目、863項目、國家自然科學基金等國家項目的基礎研究工作，但和工廠合作的課題也一直沒有斷過，氫脆應力腐蝕常常發(fā)生于工業(yè)領域，產學研可以將產業(yè)、學術與自主研發(fā)很好的共同協(xié)作與推進。”

　　在工業(yè)生產過程中，現(xiàn)在的企業(yè)如果有問題，第一時間找專家來解決。如何低成本，長效解決氫脆問題，褚老師回憶起一些往事。

　　褚老師說：“印象比較深的，是在國防方面解決了一次氫脆造成的腐蝕問題。七十年代172飛機制造廠的轟炸機在例行檢查時，發(fā)現(xiàn)連接起落架的螺樁出現(xiàn)批量開裂，導致該型號飛機全部停飛。通過大量實驗，確認這是高強度鋼水介質應力腐蝕，即氫致滯后開裂，并提出了解決方案，從而化解了危機。”

　　造成螺樁開裂的原因如下：“螺樁沾膠（由含水酒精配制）緊固，有時膠沒有完全凝固，引起未出廠的飛機發(fā)生高強度鋼螺樁氫致滯后開裂；某些已凝固的螺樁由于螺紋根部太尖銳，強度又太高，服役時和雨水接觸引起水介質應力腐蝕（氫致滯后開裂）。

　　解決的辦法有三個：

　　1、由于螺紋部分埋入起落架接觸面積大，故螺紋部分的強度可小于螺桿部分，從而使螺紋部位的應力腐蝕抗力大幅度提高，工藝上可通過螺紋部分鉛浴回火來實現(xiàn)。

　　2、用滾壓代替車削，可使螺紋根部半徑大幅度提高，從而成倍提高螺紋的應力腐蝕抗力。

　　3、用國產的快速凝固的膠粘合

　　從事件本身來說，并沒有使用太復雜的技術與工藝，順著事情發(fā)展的趨勢，摸清脈落，向有利于實現(xiàn)目的的方向加以引導，這是褚老師當時解決問題的思路。

　　某工廠生產的重軌軋后堆在一起緩冷，讓氫擴散跑出，在白點形成溫度（約150℃）前氫濃度低于臨界值，從而不出現(xiàn)白點。冷至室溫后再熱處理。為了提高生產效率，工廠準備在線熱處理，即軋后不緩冷直接熱處理。由于氫不能擴散跑出，超過臨界值就有可能引起白點（氫致裂紋）。通過大量實驗和統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)該重軌出現(xiàn)白點的臨界氫濃度為C固=2.6ppm.它對應鋼包中的氫濃度為C液=4.7ppm.鋼包中氫濃度可實時測量。因此我們建議，當鋼包中氫濃度小于4.7ppm時，軋成重軌后可直接熱處理；如鋼包中氫濃度大于4.7ppm，則軋成重軌后要堆冷，緩冷至室溫讓氫大量跑出后再熱處理。

　　煤制天燃氣和普通天燃氣的不同在于前者含有氫，最高可達6%。管輸壓力為12MPa，則對應氫氣壓力為0.72MPa。煤制天燃氣必須通過現(xiàn)有管道進入用戶。現(xiàn)有管道在0.72MPa氫氣中長期服役是否會發(fā)生氫損傷和氫致滯后開裂呢？我們的實驗證明，管線鋼外加屈服應力在2MPaH2或2MPaH2+10MPaN2中保持720h不發(fā)生氫致開裂，對應氫濃度為0.44ppm。通過電解充氫使氫濃度為0.9ppm時，外加屈服應力的管線鋼能發(fā)生氫致滯后開裂。煤氣、天燃氣在服役時（0.72MPaH2）進入管線的氫濃度為0.2ppm。因此，現(xiàn)有管線在煤制天燃氣中長期服役不會發(fā)生氫致滯后開裂，而且安全系數(shù)k=0.9/0.2=4.5足夠高。

　　學習在沒有建議的情況下處理問題

　　腐蝕研究一定要基于實際應用，人的一生中，經(jīng)驗的積累貫穿整個人生，不可或缺的獨立處理問題能力、思考能力、判斷能力，每個人都知道它們不是一蹴而就。褚老師說：“今天的大學生將是未來國家科技發(fā)展的中堅力量。大學學習是一個培養(yǎng)學習能力的過程。是培養(yǎng)自我管理、獨立思考與動手能力的一個重要階段。大學期間，要不斷調整學習方法。作為老師，喜歡有自己想法，并且愿意和老師討論的學生，但現(xiàn)在這樣的學生很少。擅于獨立思考的學生，才可能有獨立的創(chuàng)新。”

　　“很多人問我中國、美國、日本的科研人員有何區(qū)別時，我的回答是，中國學生很會學習，勤奮與學習成績一直在世界上被認可，但獲得諾貝爾獎的歐美人居多，日本也有獲諾貝爾獎，這就看出來我們之間的差距。知識面、動手能力、思考能力是創(chuàng)新的關鍵，而創(chuàng)新是秉持一個國家國防、科技前衛(wèi)的原動力，所以，今天我們的應試教育要不斷改變，讓更多的學生懂得，學習是什么，要怎么學。”褚老師說。

　　褚老師語重心長地說：“大一新生是最好塑造的時期，需要把已有課程學好，有興趣的選修。知識總是有用的?？赡墁F(xiàn)在沒感覺到，過了十年，觸類旁通，說不定真還有用。大學生需要知道從哪里去查書，請教哪些人，獨立思考，找到解決問題的方法。”

　　褚老師一生除了進行科研與學校教育，還著有七書專著，有應出版社之邀約、學生之請求，也有希望將自己一生所學反哺社會的責任心在其中。《氫脆和應力腐蝕》是褚老師在退休之后獨立完成，一直在實驗室里寫了三年時間。褚老師說：“寫這本書之前，先找到所有關于氫脆與應力腐蝕領域的文獻，大約有三千多篇。每篇文獻均復印或下載并編號。其次，按照我的思路編排目錄?？次墨I時做筆記，指出哪一部分可為某一章節(jié)所用。最后，一口氣完成初稿再修改。圖都是我手畫草稿，然后請研究生用電腦制作。文字盡量寫得深入淺出，基本公式均有詳細的推道，不用查詢別的書，一口氣都可以看得下來。”

　　[后記]

　　每個人的人生都是一個精彩的故事，有比較感慨比較難忘的往事。從褚老師求學的順遂，出國的波折與人生中多次申報科學院院士的意料之外，聊起褚老師自己，他微微一笑說“我這個人比較淡定，人生中該我的就會有，人生中該我沒有的，繼續(xù)努力。”

　　這種性格，讓褚老師對工作、對生活，踏實努力，一切工作從實際出發(fā)。

 

　　個人簡介

　　褚武揚教授1956年畢業(yè)于宜興一中，1962年畢業(yè)于北京鋼鐵學院金屬物理專業(yè)。1986年為教授，同年被國家評為博士生導師。1987年至1991年在美國Carnegie-Mellon大學任客座教授。長期從事材料科學方面的教學和研究工作。在斷裂力學、氫脆和應力腐蝕規(guī)律及機理方面做了系統(tǒng)研究，并有創(chuàng)造性的成就。

　　褚武揚教授已出版的7本專著如下：

　　1）《斷裂力學基礎》 1979，科學出版社，褚武揚

　　2）《斷裂韌性測試》 1979，科學出版社，褚武揚，林實，王棖

　　3）《氫損傷和滯后斷裂》 1988，冶金工業(yè)出版社，褚武揚

　　4）《應力腐蝕機理》 1994，科學出版社，喬利杰，王燕斌，褚武揚

　　5）《斷裂和滯后斷裂》 2001，科學出版社，褚武揚，喬利杰，陳奇志，高克瑋

　　6）《材料科學中的分形》 2004，化工出版社，褚武揚，宿彥京，高克瑋，何建英，李金許，喬利杰

　　7）《氫脆和應力腐蝕》包括“基礎部分”和“典型體系”兩卷，2014，科學出版社，褚武揚，喬利杰，李金許，宿彥京，巖雨，白洋，任學沖，黃海友

　　褚武揚教授在國內外雜志上發(fā)表論文535篇，其中SCI收錄343篇，EI收錄158篇。論文在SCI上被他人引用743次，CSCD引用544次。其成果獲國家自然科學二等獎1項，獲部委級科技進步一等獎3項，二等獎7項。已培養(yǎng)碩士、博士和博士后44名。1992年被人事部授予國家級有突出貢獻中青年專家稱號。



 

責任編輯：劉娟

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