鋼發(fā)生氫脆的特征主要表現(xiàn)在微觀組織上。它的腐蝕面??梢姷戒摰拿撎艰F素體,氫脆層有沿著晶界擴(kuò)展的腐蝕裂紋。腐蝕特別嚴(yán)重的容器,宏觀上可以發(fā)現(xiàn)氫脆所產(chǎn)生的鼓包。
造成壓力容器氫脆破壞的氫,可以是設(shè)備中原來就存在的,例如,煉鋼、焊接過程中的濕氣在高溫下被還原而生成氫,并溶解在液體金屬中?;蛟O(shè)備在電鍍或酸洗時(shí),鋼表面被吸附的氫原子過飽和,使氫滲入鋼中;也可以是使用后由介質(zhì)中吸收進(jìn)入的,例如在石油、化工容器中,就有許多介質(zhì)中含氫或含混有硫化氫的雜質(zhì)。
壓力容器的氫脆(或稱氫損傷)是指它的器壁受到氫的侵蝕,造成材料塑性和強(qiáng)度降低,并因此而導(dǎo)致的開裂或延遲性的脆性破壞。高溫高壓的氫對鋼的損傷主要是因?yàn)闅湟栽訝顟B(tài)滲入金屬內(nèi),并在金屬內(nèi)部再結(jié)合成分子,產(chǎn)生很高的壓力,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致表面鼓包或皺折;氫與鋼中的碳結(jié)合,使鋼脫碳,或使鋼中的硫化物與氧化物還原。
介質(zhì)中含氫(或硫化氫)的容器是否會發(fā)生氫脆,主要決定于操作溫度、氫的分壓、作用時(shí)間和鋼的化學(xué)成分。溫度越高、氫分壓越突,碳鋼的氫脆層就越深,發(fā)生氫脆破裂的時(shí)間也越短,其中溫度尤其是重要因素。鋼的含碳量越高,在相同的溫度和壓力條件下,氫脆的傾向越嚴(yán)重。鋼中添有鉻、鈦、釩等元素,可以阻止氫脆的產(chǎn)生。
hydrogen?embrittlement氫能進(jìn)人許多金屬,典型的如鉑、鈀以及儲氫合金等,也能進(jìn)入鋼鐵。當(dāng)金屬鐵上陰極出氫時(shí),氫離子或水分子放電后成為吸附在鐵表面的氫原子,兩個(gè)吸附氫原子可以復(fù)合成氫分子而逸出,但也可以越過鐵的表面,并擴(kuò)散進(jìn)入金屬的晶格。它會在缺陷處富集,同樣復(fù)合成氫分子,并逐步增大壓強(qiáng),在鋼鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成裂縫,降低其強(qiáng)度,甚至破裂。這就是鋼鐵的“氫脆”,在電鍍過程中以及對于輸送含有硫化氫的油、氣管道最為常見。在介質(zhì)中加入適當(dāng)?shù)木徫g劑是有效的防護(hù)方法。
——摘自《化學(xué)辭典》(2004年4月,化學(xué)工業(yè)出版社)
Hydrogen?embrittlement氫進(jìn)入金屬內(nèi)部,使金屬中存在氫或氫與金屬生成氫化物而導(dǎo)致金屬脆化。影響氫脆的因素有(1)材料因素。高強(qiáng)度金屬材料和鈦、鉬等金屬易發(fā)生氫脆。屈服強(qiáng)度愈高,氫脆敏感性愈大。硫化物夾雜和未回火的馬氏體組織易發(fā)生氫脆。(2)應(yīng)力因素(指應(yīng)力引起氫脆)。在其他條件相同時(shí),在臨界應(yīng)力以上,應(yīng)力愈高,氫脆敏感性愈大。(3)環(huán)境因素。環(huán)境中有氫原子,或電極反應(yīng)有氫原子析出時(shí),均可能引起敏感性金屬的氫脆。發(fā)生氫脆的溫度為-100~+200℃。氫脆的斷裂性質(zhì)為脆性斷裂。其斷口宏觀上是齊平的,無塑性變形。斷裂的顯微特征是沿晶型的也可以是穿晶型的。對于氫化物型氫脆,其裂紋沿晶界擴(kuò)展,并在晶界上可看到粒狀氫化物。
hydrogen?embrittlement(HE)鋼中因含有氫而使材質(zhì)變脆甚至引起斷裂,是鋼材氫損傷形態(tài)之一。通過電解、電鍍、非真空條件下的冶煉與澆鑄、濕環(huán)境焊接、熱處理、H2S環(huán)境、高溫臨氫環(huán)境等途徑,氫以原子態(tài)進(jìn)入鋼材內(nèi)部,在-100~100℃的溫度區(qū)間內(nèi)聚集成分子態(tài)之后,一方面在鋼材內(nèi)造成內(nèi)壓與內(nèi)應(yīng)力,另一方面氫又使材料弱化脆化(指固溶氫使鋼材的表面.能降低易斷裂,還可能與材料中的Ti、Zr、V、Nb、Ta等元素形成脆弱的氫化物)。這樣將使材料的脆性上升,塑性與韌性下降,變得易裂易斷。電鍍過程中溶入鋼內(nèi)的氫導(dǎo)致零部件開裂是典型的氫脆。高溫加氫反應(yīng)器在高溫下吸收了足夠的氫,停車時(shí)冷卻過快使氫難以逸出鋼材而使氫過飽和,將導(dǎo)致氫脆的出現(xiàn)。但溫度過高或過低時(shí)不出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象。通常氫脆導(dǎo)致材料性能的退化可歸納為氫環(huán)境脆化(HEE)、應(yīng)力開裂(HSC)、拉伸延性損失三類。碳鋼、低合金鋼和高強(qiáng)度鋼均有氫脆傾向,尤以高強(qiáng)度鋼最為嚴(yán)重。
——摘自《安全工程大辭典》(材料、機(jī)械、裝備)(1995年11月化學(xué)工業(yè)出版社)(安全文化網(wǎng))
internal?hydrogen?embrittlement?(IHE)?氫脆的一種,是經(jīng)典的氫脆問題。在材料的冶煉過程和零件的制造與裝配過程(如電鍍、焊接)中進(jìn)入鋼材內(nèi)部的微量氫(10—6量級)在內(nèi)部殘余的或外加的應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料脆化甚至開裂。在尚未出現(xiàn)開裂的情況下可以通過脫氫處理(例如加熱到200℃以上數(shù)小時(shí),可使內(nèi)氫減少)恢復(fù)鋼材的性能。因此內(nèi)氫脆是可逆的。
—–《安全工程大辭典》(化學(xué)工業(yè)出版社)
氫脆的特點(diǎn)
1.裂紋從內(nèi)部開始;
2.裂紋幾乎不分叉,有二次裂紋;
3.腐蝕產(chǎn)物較少;
4.裂紋源可能是一個(gè)或多個(gè)。多在三向應(yīng)力區(qū)萌生裂紋源;
5.多數(shù)為沿晶斷裂,也可能出現(xiàn)穿晶解理或準(zhǔn)解理斷裂;
6.內(nèi)部氫脆不一定要有拉應(yīng)力作用;
7.合金和純金屬均可能發(fā)生;
8.只要在含氫的環(huán)境或在能產(chǎn)生氫的情況(如酸洗、電鍍)下都能發(fā)生;
9.必須含有氫,強(qiáng)度越高,所需的含氫量越低;
10.對軋制方向敏感;
11.陰極保護(hù)反而促進(jìn)高強(qiáng)鋼的氫脆傾向。
評定氫脆的方法采用(1)高溫真空定氫技術(shù)測定金屬中氫含量;(2)測量氫在金屬中的滲透率;(3)彎曲次數(shù)法,(4)通過測量斷面收縮率,測定氫脆系數(shù)(0~1),值愈小,氫脆敏感性愈小;(5)σ~tF法評定。
——摘自《安全工程大辭典》(腐蝕、防腐)(1995年11月化學(xué)工業(yè)出版社)