氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)夠導致合金材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)發生多種樣式損(sun)(sun)壞,如氫(qing)(qing)(qing)致滯后(hou)斷(duan)裂(lie)、氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)及(ji)高溫氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕等,其中氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(Hydrogen Embrittlement,HE)指(zhi)在應(ying)力和(he)(he)氫(qing)(qing)(qing)這兩種因素的(de)(de)(de)(de)共同(tong)(tong)作用下引起金屬(shu)塑性降(jiang)低(di)、產生損(sun)(sun)傷(shang)或斷(duan)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)現象,氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)又被稱為(wei)氫(qing)(qing)(qing)損(sun)(sun)傷(shang)或氫(qing)(qing)(qing)致開(kai)裂(lie),不僅能(neng)(neng)夠降(jiang)低(di)金屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)斷(duan)面收縮(suo)率,同(tong)(tong)時(shi)也會使金屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)沖擊韌(ren)性值和(he)(he)疲勞壽命得到顯(xian)著降(jiang)低(di)。氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)在小于(yu)金屬(shu)斷(duan)裂(lie)強度(du)的(de)(de)(de)(de)拉(la)伸作用條件下,經(jing)過一段時(shi)間(jian)后(hou)能(neng)(neng)夠導致金屬(shu)產生忽(hu)然脆(cui)(cui)(cui)斷(duan),這種脆(cui)(cui)(cui)斷(duan)是在沒(mei)有預兆的(de)(de)(de)(de)情況下發生的(de)(de)(de)(de),因而氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)的(de)(de)(de)(de)破壞性和(he)(he)危險性是極大的(de)(de)(de)(de),并(bing)且材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)發生氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)能(neng)(neng)夠引起較低(di)應(ying)力下的(de)(de)(de)(de)開(kai)裂(lie)、斷(duan)裂(lie)及(ji)爆炸等事故,危害人身(shen)安全并(bing)且容易帶來財產的(de)(de)(de)(de)嚴重(zhong)損(sun)(sun)耗。
雙相不銹(xiu)鋼由于其較優的抗腐蝕能力及力學性能,在油氣運輸業、煉油化工業及石油天然氣開采等領域得到越來越多的使用,在這些使用環境中,雙相不銹鋼面臨最主要的腐蝕問題為氫脆。氫主要留存于鋼的晶格間隙中,同時也會以原子的形態留在鋼的組織缺陷處,鋼的組織缺陷主要包括位錯、晶界、空位、微孔洞及第二相微粒等。通常情況下,合金晶格缺陷周邊區域都會具有應變場和應力,有助于將氫吸引在晶格缺陷周邊進而能夠捕獲氫;另外,在擴散機制作用下,金屬或合金的晶格間隙點及內部氫陷阱點的氫原子會達到一個平衡。
氫(qing)脆的發生與(yu)氫(qing)有著十(shi)分密切的聯(lian)系,其中(zhong)氫(qing)的來源主(zhu)要有兩個方(fang)面,即內(nei)氫(qing)和外氫(qing)。
1. 內氫
內(nei)氫(qing)(qing)(qing)是(shi)指(zhi)在(zai)(zai)(zai)冶(ye)煉(lian)、酸洗(xi)、焊(han)(han)接等(deng)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)導致鋼內(nei)部(bu)存(cun)在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing),即鋼在(zai)(zai)(zai)使用(yong)和實驗之前就已經存(cun)在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing),例如,在(zai)(zai)(zai)冶(ye)煉(lian)鋼的(de)(de)(de)(de)進程(cheng)中(zhong),爐內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)水(shui)發生(sheng)分解進而導致氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)成;鋼在(zai)(zai)(zai)電(dian)鍍前和熱(re)處理(li)后全(quan)部(bu)要經過(guo)(guo)酸洗(xi)這(zhe)一(yi)過(guo)(guo)程(cheng),在(zai)(zai)(zai)這(zhe)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)鋼跟(gen)酸會(hui)進行(xing)電(dian)化(hua)學反應進而導致氫(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)陰極區生(sheng)成,這(zhe)些氫(qing)(qing)(qing)中(zhong)有的(de)(de)(de)(de)會(hui)擴(kuo)散到(dao)鋼的(de)(de)(de)(de)內(nei)部(bu);焊(han)(han)接是(shi)一(yi)種局部(bu)冶(ye)煉(lian)過(guo)(guo)程(cheng),涉及(ji)焊(han)(han)縫金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)融化(hua)和凝固,當(dang)焊(han)(han)條(tiao)藥皮或者環境中(zhong)含有較多水(shui)分時,在(zai)(zai)(zai)焊(han)(han)接的(de)(de)(de)(de)局部(bu)高溫下也可以將氫(qing)(qing)(qing)代入熔池,容易將氫(qing)(qing)(qing)引(yin)入到(dao)金(jin)屬內(nei)部(bu)進而造成與白點類(lei)似的(de)(de)(de)(de)問題(ti),于(yu)焊(han)(han)接熱(re)影響區產生(sheng)焊(han)(han)接冷裂紋。
2. 外氫
外氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)指材料本身含氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)量較少,但是(shi)在致(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣體中(zhong)(zhong)(zhong)及在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣中(zhong)(zhong)(zhong)工作或者(zhe)腐(fu)蝕的(de)陰極過程中(zhong)(zhong)(zhong)都有可(ke)能引入(ru)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing),這些氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)都可(ke)以(yi)在鋼(gang)的(de)表(biao)面(mian)形(xing)成(cheng)(cheng)原(yuan)子氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)進入(ru)到鋼(gang)的(de)內(nei)部,例(li)如:石化工業(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)反應(ying)塔等受力結構鋼(gang)件是(shi)在具有氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)或者(zhe)硫化氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)環境中(zhong)(zhong)(zhong)進行工作的(de),由于工作環境中(zhong)(zhong)(zhong)存(cun)在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)并(bing)且氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)進入(ru)到金屬(shu)內(nei)部進而導(dao)致(zhi)(zhi)應(ying)用(yong)結構鋼(gang)件氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)產生(sheng)(sheng)(sheng);又如析氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕過程中(zhong)(zhong)(zhong)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)大部分是(shi)因為鋼(gang)存(cun)在于H+的(de)介質(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong),其表(biao)面(mian)與含氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)物(wu)質(zhi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)反應(ying)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)[H]或者(zhe)H2,氣態(tai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)或者(zhe)吸附(fu)在鋼(gang)表(biao)面(mian)或者(zhe)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)分解進而形(xing)成(cheng)(cheng)活性氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原(yuan)子,能夠進一步導(dao)致(zhi)(zhi)鋼(gang)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)脆(cui)化。