“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。



 

责任编辑：刘娟

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