氫脆的研究由來已久，各國學者對其在各種環境下的產生原理及過程有著廣泛而深入的探索。J.Woodtli等學者研究了氫脆現象和應力腐蝕開裂現象的特征及破壞作用；M.V.Biezma等學者探討了氫在微生物腐蝕環境下對于應(ying)力腐蝕開裂(lie)過程的影響，結果表明在此環境下，氫脆和應力腐蝕使材料力學性能的下降，并且兩者之間有協同作用；R.A.Oriani等學者在氫的作用導致材料性能降低方面進行了研究，實驗重點考察了吸收和解吸作用對氫滲透電流的影響，建立了一種新型的氫滲透數據處理模型。


  隨著(zhu)氫脆(cui)理論的完善(shan)，很(hen)多學者將(jiang)理論與實(shi)際結合起來，在(zai)工(gong)程應用(yong)中探討氫脆(cui)現象(xiang)的發(fa)生機理。在(zai)石油(you)化工(gong)行業中，氫致開(kai)裂事故(gu)在(zai)設備(bei)(bei)及管(guan)道中時有(you)發(fa)生，氫致開(kai)裂屬于低應力(li)脆(cui)性破壞(huai)的一種，斷裂前很(hen)少(shao)出現宏觀上的塑性變(bian)形(xing)，發(fa)生時往往沒有(you)征兆，而生產過程中的物料多具(ju)有(you)腐蝕性質(zhi)，因此(ci)學者們將(jiang)主要研(yan)(yan)究方向放在(zai)了設備(bei)(bei)管(guan)線(xian)內部介(jie)質(zhi)對鋼材的氫脆(cui)機理上。例(li)如，盧(lu)志明等學者研(yan)(yan)究了含有(you)硫化氫的介(jie)質(zhi)對于16MnR鋼的應力(li)腐蝕斷裂敏感性。


  在(zai)(zai)大氣腐蝕(shi)方(fang)面(mian)，學者(zhe)們主要研(yan)究(jiu)了(le)(le)大氣腐蝕(shi)中陰極過程的(de)(de)(de)氧還(huan)原(yuan)對于鋼(gang)材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)，卻忽略了(le)(le)氫(qing)的(de)(de)(de)還(huan)原(yuan)，所以(yi)關于大氣環境中的(de)(de)(de)氫(qing)脆現(xian)象(xiang)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)并(bing)不多見。室內實驗(yan)證實，用蒸餾水濕(shi)潤(run)過的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)(cai)(cai)試樣表面(mian)可(ke)以(yi)檢測出明顯的(de)(de)(de)氫(qing)滲(shen)(shen)透電流，這說明氫(qing)滲(shen)(shen)透現(xian)象(xiang)是普(pu)遍存在(zai)(zai)的(de)(de)(de)；張大磊等人研(yan)究(jiu)了(le)(le)濕(shi)度(du)對熱鍍鋅鋼(gang)材(cai)(cai)(cai)在(zai)(zai)海(hai)洋大氣環境中氫(qing)脆敏感(gan)性(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，結果表明相對濕(shi)度(du)在(zai)(zai)70%以(yi)上時，氫(qing)滲(shen)(shen)透電流隨(sui)著(zhu)濕(shi)度(du)的(de)(de)(de)增加而增大，氫(qing)脆敏感(gan)性(xing)提高。由此可(ke)見，海(hai)洋大氣環境中鋼(gang)材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)氫(qing)致敏感(gan)斷(duan)裂(lie)問(wen)題不容忽視。


  由(you)(you)氫(qing)(qing)和應力(li)的(de)共(gong)同作(zuo)用(yong)(yong)導致的(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料產(chan)生脆性(xing)斷裂(lie)的(de)現象，稱(cheng)(cheng)為氫(qing)(qing)致開裂(lie)，簡稱(cheng)(cheng)氫(qing)(qing)脆。近年來，應力(li)腐蝕(shi)的(de)吸氫(qing)(qing)脆變理論引起了部(bu)分科技工(gong)作(zuo)者(zhe)的(de)關注。該理論認(ren)為由(you)(you)于(yu)腐蝕(shi)的(de)陰(yin)極(ji)反應產(chan)生氫(qing)(qing)，氫(qing)(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)擴散到裂(lie)縫尖端金(jin)(jin)(jin)屬(shu)內(nei)部(bu)，金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料在拉應力(li)作(zuo)用(yong)(yong)下脆斷。在腐蝕(shi)很強的(de)海(hai)洋(yang)環(huan)境(jing)中，在金(jin)(jin)(jin)屬(shu)表面容(rong)易發生陰(yin)極(ji)析氫(qing)(qing)反應，造(zao)成(cheng)氫(qing)(qing)在鋼(gang)鐵表面的(de)吸附及(ji)向內(nei)部(bu)的(de)擴散，由(you)(you)于(yu)氫(qing)(qing)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)很小，很容(rong)易在金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)晶(jing)格中移動，使鋼(gang)鐵結構脆變，同時(shi)在交變載荷(he)作(zuo)用(yong)(yong)下，鋼(gang)鐵結構很容(rong)易發生由(you)(you)氫(qing)(qing)脆造(zao)成(cheng)的(de)斷裂(lie)，危害巨大(da)。


  氫(qing)致開裂(lie)(lie)是重要的應力腐蝕(shi)機理(li)之(zhi)一。氫(qing)致開裂(lie)(lie)是原子氫(qing)在合(he)金晶(jing)體結構內的滲入和擴散所(suo)導(dao)致的脆(cui)性斷裂(lie)(lie)的現象，有(you)時又(you)稱為氫(qing)脆(cui)或氫(qing)損傷。嚴格來說，氫(qing)脆(cui)主要涉及金屬(shu)韌(ren)性的降低，而氫(qing)損傷除涉及韌(ren)性降低和開裂(lie)(lie)外，還(huan)包括金屬(shu)材料(liao)其他物理(li)性能或化學性能的下降，因此含義(yi)更為廣泛。


1. 氫(qing)的來源


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)來源(yuan)可分為內氫(qing)(qing)(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)兩種。內氫(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)指材料(liao)在(zai)(zai)(zai)使(shi)用前內部就已經存在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)，主要是(shi)在(zai)(zai)(zai)冶煉、熱(re)處理、酸(suan)洗(xi)、電鍍、焊接等過程中吸收(shou)的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)或(huo)環境氫(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)指材料(liao)在(zai)(zai)(zai)使(shi)用過程中與含氫(qing)(qing)(qing)(qing)介(jie)質接觸(chu)或(huo)進行陰極(ji)析(xi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)反應(ying)吸收(shou)的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。


2. 氫的傳(chuan)輸


  氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)傳輸有兩種方(fang)式(shi)：一是擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)，金(jin)屬(shu)中(zhong)存(cun)(cun)在氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)濃(nong)度(du)梯(ti)度(du)或應力梯(ti)度(du)時(shi)就會導(dao)致氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)。當金(jin)屬(shu)中(zhong)存(cun)(cun)在氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)濃(nong)度(du)梯(ti)度(du)時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)將從濃(nong)度(du)高的(de)(de)地(di)方(fang)向濃(nong)度(du)低的(de)(de)地(di)方(fang)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)。在穩態條(tiao)件(jian)下(xia)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)遵從菲克定律。在常溫(wen)下(xia)，由于氫(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱的(de)(de)存(cun)(cun)在，對氫(qing)(qing)(qing)在金(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)行(xing)為影響較大；在高溫(wen)下(xia)，影響較小。二是位(wei)(wei)錯遷移，位(wei)(wei)錯是一種特殊的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)陷(xian)阱。位(wei)(wei)錯不(bu)僅能將氫(qing)(qing)(qing)原子捕(bu)獲在其周圍(wei)，形成科(ke)氏氣團，而且由于氫(qing)(qing)(qing)在金(jin)屬(shu)中(zhong)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)快，在位(wei)(wei)錯運動(dong)時(shi)氫(qing)(qing)(qing)氣團還能夠跟上位(wei)(wei)錯一起運動(dong)，即(ji)位(wei)(wei)錯能夠遷移氫(qing)(qing)(qing)。當運動(dong)的(de)(de)位(wei)(wei)錯遇到與氫(qing)(qing)(qing)結(jie)合能更大的(de)(de)不(bu)可逆陷(xian)阱時(shi)，氫(qing)(qing)(qing)將被“傾(qing)倒”在這些陷(xian)阱處。


3. 氫的存在形式


 在金屬中，氫的存在形式有很多種；①. H-、H、H+,氫可以H-、H、H+的形式固溶在金屬中；②. 氫分子，當金屬中的氫含量超過溶解度時，氫原子往往在金屬的缺陷（孔洞、裂紋、晶間等）聚集形成氫分子；③. 氫化物，氫在V、Ti、Zr等IVB或VB族金屬中的溶解度較大，但超過溶解度后會形成TiH4,Ni也可以形成氫化物；④. 氣團，氫與位錯結合形成氣團，可看作是一種相。