氫能夠(gou)導致合金(jin)(jin)材(cai)(cai)料發生(sheng)(sheng)多(duo)種(zhong)樣式(shi)損壞(huai),如氫致滯(zhi)后斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)、氫脆及(ji)高溫氫腐蝕等,其(qi)中氫脆(Hydrogen Embrittlement,HE)指(zhi)在(zai)應(ying)力和(he)氫這兩種(zhong)因素(su)的(de)(de)共(gong)同作用(yong)下(xia)(xia)引起金(jin)(jin)屬(shu)塑性降(jiang)低、產(chan)生(sheng)(sheng)損傷或斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)現象,氫脆又(you)被稱為氫損傷或氫致開裂(lie)(lie)(lie)(lie),不僅能夠(gou)降(jiang)低金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料的(de)(de)斷(duan)(duan)(duan)面收縮率,同時(shi)也會(hui)使(shi)金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料的(de)(de)沖擊韌性值(zhi)和(he)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命得到顯著降(jiang)低。氫脆在(zai)小于金(jin)(jin)屬(shu)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)強度的(de)(de)拉伸作用(yong)條件下(xia)(xia),經過一段時(shi)間后能夠(gou)導致金(jin)(jin)屬(shu)產(chan)生(sheng)(sheng)忽(hu)然脆斷(duan)(duan)(duan),這種(zhong)脆斷(duan)(duan)(duan)是在(zai)沒有預(yu)兆的(de)(de)情況下(xia)(xia)發生(sheng)(sheng)的(de)(de),因而氫脆的(de)(de)破壞(huai)性和(he)危(wei)險性是極大(da)的(de)(de),并且材(cai)(cai)料發生(sheng)(sheng)氫脆能夠(gou)引起較(jiao)低應(ying)力下(xia)(xia)的(de)(de)開裂(lie)(lie)(lie)(lie)、斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)及(ji)爆炸(zha)等事故,危(wei)害人身安全(quan)并且容易帶來財產(chan)的(de)(de)嚴重損耗。
雙相不(bu)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(de)發生與氫(qing)有著十分密切的(de)聯系(xi),其中氫(qing)的(de)來源主要(yao)有兩個方面(mian),即(ji)內(nei)氫(qing)和外(wai)氫(qing)。
1. 內氫(qing)
內氫(qing)(qing)是指在(zai)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)、酸(suan)洗、焊(han)(han)接等過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)導致(zhi)鋼內部(bu)存在(zai)氫(qing)(qing),即鋼在(zai)使用和(he)實(shi)驗之前就已經存在(zai)氫(qing)(qing),例如,在(zai)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)鋼的(de)(de)(de)(de)進程(cheng)(cheng)中(zhong),爐內部(bu)的(de)(de)(de)(de)水發生分(fen)(fen)解進而導致(zhi)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)生成;鋼在(zai)電鍍前和(he)熱處理后全部(bu)要(yao)經過(guo)酸(suan)洗這一過(guo)程(cheng)(cheng),在(zai)這過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)鋼跟酸(suan)會進行(xing)電化(hua)(hua)學(xue)反應進而導致(zhi)氫(qing)(qing)在(zai)陰極(ji)區生成,這些(xie)氫(qing)(qing)中(zhong)有(you)的(de)(de)(de)(de)會擴散(san)到鋼的(de)(de)(de)(de)內部(bu);焊(han)(han)接是一種(zhong)局(ju)(ju)部(bu)冶(ye)(ye)煉(lian)(lian)過(guo)程(cheng)(cheng),涉(she)及焊(han)(han)縫(feng)金屬的(de)(de)(de)(de)融化(hua)(hua)和(he)凝固,當焊(han)(han)條藥(yao)皮或者環境中(zhong)含(han)有(you)較多水分(fen)(fen)時,在(zai)焊(han)(han)接的(de)(de)(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)高溫(wen)下也(ye)可以(yi)將氫(qing)(qing)代入熔池(chi),容(rong)易將氫(qing)(qing)引入到金屬內部(bu)進而造成與白點類似的(de)(de)(de)(de)問(wen)題,于(yu)焊(han)(han)接熱影響區產生焊(han)(han)接冷裂紋(wen)。
2. 外(wai)氫
外氫(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)指材(cai)料本身(shen)含氫(qing)(qing)(qing)(qing)量(liang)較(jiao)少(shao),但是(shi)在(zai)(zai)(zai)致(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣體中及在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣中工(gong)作或(huo)(huo)者腐蝕(shi)的(de)陰極過(guo)程(cheng)中都有可能(neng)引入氫(qing)(qing)(qing)(qing),這些(xie)氫(qing)(qing)(qing)(qing)都可以在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)的(de)表(biao)面形成(cheng)原(yuan)子氫(qing)(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)入到鋼(gang)的(de)內部(bu),例如:石(shi)化工(gong)業中的(de)反(fan)應塔等受(shou)力結(jie)構鋼(gang)件(jian)是(shi)在(zai)(zai)(zai)具有氫(qing)(qing)(qing)(qing)或(huo)(huo)者硫化氫(qing)(qing)(qing)(qing)環(huan)境中進(jin)(jin)行工(gong)作的(de),由于(yu)工(gong)作環(huan)境中存在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)并且氫(qing)(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)入到金屬內部(bu)進(jin)(jin)而導致(zhi)應用(yong)結(jie)構鋼(gang)件(jian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)產(chan)生(sheng);又(you)如析(xi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕(shi)過(guo)程(cheng)中生(sheng)成(cheng)的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)大部(bu)分(fen)是(shi)因為鋼(gang)存在(zai)(zai)(zai)于(yu)H+的(de)介質中,其表(biao)面與含氫(qing)(qing)(qing)(qing)物質發(fa)生(sheng)反(fan)應生(sheng)成(cheng)[H]或(huo)(huo)者H2,氣態氫(qing)(qing)(qing)(qing)或(huo)(huo)者吸附在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)表(biao)面或(huo)(huo)者發(fa)生(sheng)分(fen)解進(jin)(jin)而形成(cheng)活性氫(qing)(qing)(qing)(qing)原(yuan)子,能(neng)夠進(jin)(jin)一步導致(zhi)鋼(gang)發(fa)生(sheng)脆(cui)化。