氫(qing)(qing)(qing)能夠(gou)導致(zhi)合金(jin)材(cai)料(liao)發生多種(zhong)樣式損(sun)(sun)壞,如氫(qing)(qing)(qing)致(zhi)滯后斷裂(lie)、氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(cui)及高(gao)溫氫(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)等,其中(zhong)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(cui)(Hydrogen Embrittlement,HE)指在(zai)應力(li)和(he)氫(qing)(qing)(qing)這兩種(zhong)因素的(de)共同作用下引起金(jin)屬(shu)塑性(xing)(xing)降(jiang)低、產(chan)生損(sun)(sun)傷(shang)或(huo)斷裂(lie)的(de)現象,氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(cui)又被稱為(wei)氫(qing)(qing)(qing)損(sun)(sun)傷(shang)或(huo)氫(qing)(qing)(qing)致(zhi)開裂(lie),不僅能夠(gou)降(jiang)低金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)的(de)斷面收(shou)縮率(lv),同時也(ye)會使金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)的(de)沖擊韌性(xing)(xing)值和(he)疲勞壽命(ming)得到顯著降(jiang)低。氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(cui)在(zai)小于金(jin)屬(shu)斷裂(lie)強度(du)的(de)拉伸作用條件下,經過一(yi)段時間后能夠(gou)導致(zhi)金(jin)屬(shu)產(chan)生忽然脆(cui)(cui)(cui)(cui)斷,這種(zhong)脆(cui)(cui)(cui)(cui)斷是(shi)在(zai)沒有預(yu)兆的(de)情況下發生的(de),因而氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(cui)的(de)破壞性(xing)(xing)和(he)危(wei)(wei)險性(xing)(xing)是(shi)極大的(de),并且材(cai)料(liao)發生氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(cui)(cui)(cui)能夠(gou)引起較低應力(li)下的(de)開裂(lie)、斷裂(lie)及爆炸等事(shi)故,危(wei)(wei)害(hai)人身(shen)安全并且容易帶來(lai)財(cai)產(chan)的(de)嚴重(zhong)損(sun)(sun)耗。
雙相不銹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。
氫脆的(de)發(fa)生與氫有著十分密切的(de)聯(lian)系,其中(zhong)氫的(de)來源主要有兩(liang)個方(fang)面(mian),即內氫和外(wai)氫。
1. 內氫
內氫(qing)(qing)是指在(zai)(zai)冶煉、酸洗(xi)、焊(han)接(jie)等(deng)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)導(dao)致鋼(gang)(gang)內部(bu)存在(zai)(zai)氫(qing)(qing),即(ji)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)使用和實驗之(zhi)前(qian)就已經存在(zai)(zai)氫(qing)(qing),例(li)如(ru),在(zai)(zai)冶煉鋼(gang)(gang)的進(jin)(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong),爐內部(bu)的水(shui)發生分(fen)解進(jin)(jin)而(er)導(dao)致氫(qing)(qing)的生成;鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)電(dian)鍍前(qian)和熱處理后全部(bu)要經過(guo)酸洗(xi)這一過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng),在(zai)(zai)這過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)鋼(gang)(gang)跟酸會進(jin)(jin)行電(dian)化(hua)學反應進(jin)(jin)而(er)導(dao)致氫(qing)(qing)在(zai)(zai)陰極區生成,這些(xie)氫(qing)(qing)中(zhong)有的會擴散到鋼(gang)(gang)的內部(bu);焊(han)接(jie)是一種局(ju)(ju)部(bu)冶煉過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng),涉及焊(han)縫(feng)金(jin)屬的融化(hua)和凝固,當焊(han)條(tiao)藥皮或者環境中(zhong)含(han)有較多水(shui)分(fen)時,在(zai)(zai)焊(han)接(jie)的局(ju)(ju)部(bu)高(gao)溫下也(ye)可(ke)以將氫(qing)(qing)代入熔池,容易將氫(qing)(qing)引入到金(jin)屬內部(bu)進(jin)(jin)而(er)造成與(yu)白(bai)點(dian)類似(si)的問題,于焊(han)接(jie)熱影響區產生焊(han)接(jie)冷(leng)裂(lie)紋。
2. 外氫
外氫(qing)(qing)(qing)是指材料本身(shen)含氫(qing)(qing)(qing)量較少,但是在(zai)致氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)體(ti)中(zhong)(zhong)及在(zai)氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)中(zhong)(zhong)工作(zuo)或(huo)(huo)(huo)者腐蝕的(de)(de)陰極(ji)過程中(zhong)(zhong)都有可能引(yin)入氫(qing)(qing)(qing),這些氫(qing)(qing)(qing)都可以在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)形成原子氫(qing)(qing)(qing)進(jin)入到(dao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)內(nei)部(bu),例如:石化工業中(zhong)(zhong)的(de)(de)反應(ying)塔等受力結構鋼(gang)(gang)(gang)件是在(zai)具(ju)有氫(qing)(qing)(qing)或(huo)(huo)(huo)者硫化氫(qing)(qing)(qing)環境中(zhong)(zhong)進(jin)行工作(zuo)的(de)(de),由(you)于工作(zuo)環境中(zhong)(zhong)存在(zai)氫(qing)(qing)(qing)并且(qie)氫(qing)(qing)(qing)進(jin)入到(dao)金屬(shu)內(nei)部(bu)進(jin)而導致應(ying)用結構鋼(gang)(gang)(gang)件氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)(de)產生(sheng);又(you)如析氫(qing)(qing)(qing)腐蝕過程中(zhong)(zhong)生(sheng)成的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)大部(bu)分是因為(wei)鋼(gang)(gang)(gang)存在(zai)于H+的(de)(de)介(jie)質中(zhong)(zhong),其表(biao)面(mian)(mian)與含氫(qing)(qing)(qing)物質發(fa)生(sheng)反應(ying)生(sheng)成[H]或(huo)(huo)(huo)者H2,氣(qi)態氫(qing)(qing)(qing)或(huo)(huo)(huo)者吸(xi)附在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)面(mian)(mian)或(huo)(huo)(huo)者發(fa)生(sheng)分解(jie)進(jin)而形成活性氫(qing)(qing)(qing)原子,能夠進(jin)一步導致鋼(gang)(gang)(gang)發(fa)生(sheng)脆(cui)化。

