氫(qing)能夠導(dao)(dao)致(zhi)合金(jin)材料(liao)(liao)發(fa)生(sheng)多(duo)種(zhong)(zhong)樣式(shi)損(sun)壞(huai),如氫(qing)致(zhi)滯后斷(duan)裂(lie)、氫(qing)脆(cui)(cui)及高(gao)溫氫(qing)腐蝕等,其中(zhong)氫(qing)脆(cui)(cui)(Hydrogen Embrittlement,HE)指在(zai)應(ying)力(li)和氫(qing)這兩種(zhong)(zhong)因(yin)素的(de)(de)(de)共(gong)同(tong)(tong)作用下(xia)(xia)引起金(jin)屬塑性(xing)降低(di)(di)、產生(sheng)損(sun)傷(shang)(shang)或(huo)(huo)斷(duan)裂(lie)的(de)(de)(de)現(xian)象,氫(qing)脆(cui)(cui)又(you)被稱(cheng)為氫(qing)損(sun)傷(shang)(shang)或(huo)(huo)氫(qing)致(zhi)開(kai)裂(lie),不僅能夠降低(di)(di)金(jin)屬材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)斷(duan)面收縮率,同(tong)(tong)時也(ye)會使金(jin)屬材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)沖擊韌性(xing)值和疲勞壽命(ming)得到顯著(zhu)降低(di)(di)。氫(qing)脆(cui)(cui)在(zai)小于金(jin)屬斷(duan)裂(lie)強度的(de)(de)(de)拉伸作用條件下(xia)(xia),經過一段時間后能夠導(dao)(dao)致(zhi)金(jin)屬產生(sheng)忽然脆(cui)(cui)斷(duan),這種(zhong)(zhong)脆(cui)(cui)斷(duan)是(shi)在(zai)沒有預兆(zhao)的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia)發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de),因(yin)而氫(qing)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)破壞(huai)性(xing)和危(wei)險性(xing)是(shi)極(ji)大的(de)(de)(de),并(bing)且材料(liao)(liao)發(fa)生(sheng)氫(qing)脆(cui)(cui)能夠引起較低(di)(di)應(ying)力(li)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)開(kai)裂(lie)、斷(duan)裂(lie)及爆炸等事故,危(wei)害(hai)人身安全并(bing)且容易(yi)帶來財產的(de)(de)(de)嚴重損(sun)耗(hao)。
雙(shuang)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)(qing)脆的(de)發生與(yu)氫(qing)(qing)有(you)著十分密(mi)切的(de)聯系,其(qi)中氫(qing)(qing)的(de)來源主要(yao)有(you)兩個方面,即內氫(qing)(qing)和(he)外氫(qing)(qing)。
1. 內氫
內氫(qing)(qing)是指在(zai)冶煉、酸(suan)洗(xi)、焊接等過程中(zhong)(zhong)(zhong)導(dao)致(zhi)(zhi)鋼內部(bu)存在(zai)氫(qing)(qing),即(ji)鋼在(zai)使用和(he)(he)實(shi)驗之(zhi)前(qian)就已經(jing)存在(zai)氫(qing)(qing),例如(ru),在(zai)冶煉鋼的(de)進程中(zhong)(zhong)(zhong),爐內部(bu)的(de)水(shui)發生(sheng)(sheng)分(fen)解進而(er)(er)導(dao)致(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)的(de)生(sheng)(sheng)成(cheng);鋼在(zai)電鍍前(qian)和(he)(he)熱處理后全部(bu)要經(jing)過酸(suan)洗(xi)這一過程,在(zai)這過程中(zhong)(zhong)(zhong)鋼跟酸(suan)會(hui)進行電化(hua)學反應進而(er)(er)導(dao)致(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)在(zai)陰極區(qu)生(sheng)(sheng)成(cheng),這些(xie)氫(qing)(qing)中(zhong)(zhong)(zhong)有的(de)會(hui)擴散(san)到(dao)鋼的(de)內部(bu);焊接是一種(zhong)局部(bu)冶煉過程,涉及焊縫金屬的(de)融(rong)化(hua)和(he)(he)凝固(gu),當焊條(tiao)藥皮或者環境中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)有較(jiao)多水(shui)分(fen)時(shi),在(zai)焊接的(de)局部(bu)高溫(wen)下也可以將(jiang)氫(qing)(qing)代入(ru)熔池,容易將(jiang)氫(qing)(qing)引(yin)入(ru)到(dao)金屬內部(bu)進而(er)(er)造成(cheng)與白點(dian)類(lei)似的(de)問題,于焊接熱影響區(qu)產生(sheng)(sheng)焊接冷裂(lie)紋(wen)。
2. 外氫(qing)
外氫(qing)(qing)(qing)是(shi)(shi)指材(cai)料本身含氫(qing)(qing)(qing)量較少,但(dan)是(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)致氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)體中(zhong)及在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)中(zhong)工(gong)作(zuo)或者(zhe)(zhe)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)陰極過(guo)程中(zhong)都(dou)有(you)可(ke)能(neng)引入(ru)(ru)氫(qing)(qing)(qing),這些氫(qing)(qing)(qing)都(dou)可(ke)以在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)的(de)(de)(de)表面形成(cheng)原(yuan)子氫(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)(jin)入(ru)(ru)到鋼(gang)的(de)(de)(de)內部,例如(ru):石化(hua)工(gong)業中(zhong)的(de)(de)(de)反應塔等受力結(jie)構鋼(gang)件是(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)具有(you)氫(qing)(qing)(qing)或者(zhe)(zhe)硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)環(huan)境中(zhong)進(jin)(jin)(jin)行工(gong)作(zuo)的(de)(de)(de),由于工(gong)作(zuo)環(huan)境中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)并(bing)且氫(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)(jin)入(ru)(ru)到金屬內部進(jin)(jin)(jin)而(er)(er)導致應用結(jie)構鋼(gang)件氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng);又如(ru)析氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕過(guo)程中(zhong)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)大部分是(shi)(shi)因為鋼(gang)存在(zai)(zai)(zai)于H+的(de)(de)(de)介質(zhi)中(zhong),其表面與含氫(qing)(qing)(qing)物質(zhi)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)反應生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)[H]或者(zhe)(zhe)H2,氣(qi)態(tai)氫(qing)(qing)(qing)或者(zhe)(zhe)吸附在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)表面或者(zhe)(zhe)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)分解進(jin)(jin)(jin)而(er)(er)形成(cheng)活性氫(qing)(qing)(qing)原(yuan)子,能(neng)夠進(jin)(jin)(jin)一步導致鋼(gang)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)脆(cui)化(hua)。

