進入雙相不銹鋼中的氫在與材料中的殘余應力或外加應力的協同作用下,會給金屬的性能造成一定的損傷,即所謂的氫損傷。這種傷害可以是暫時的,即在氫逸出鋼材后,受損傷的性能可以恢復;損傷也可以是永久的,即對性能的損傷是不可逆的,在氫離開金屬后性能仍不可恢復。1976年,Hirth 和 Johnson在大量研究的基礎上把氫損傷分為七類,即氫脆(HE)、氫蝕(HA)、氫鼓泡(blistering)、發紋或白點(shatter cracks、fisheyes)、顯微穿孔(microperforation)、流變性能退化和形成金屬氫化物(hydride).其中,氫脆是最常見的一類,它又可以分為氫應力開裂、氫環境脆化和拉伸延性喪失三種。


  雙(shuang)相不銹鋼的(de)(de)脆可分為兩類:第(di)一類氫(qing)(qing)脆的(de)(de)敏感性(xing)隨形(xing)變速度(du)的(de)(de)提(ti)高而(er)增加(jia),第(di)二類氫(qing)(qing)脆的(de)(de)敏感性(xing)隨形(xing)變速度(du)的(de)(de)提(ti)高而(er)降低。兩類氫(qing)(qing)脆的(de)(de)主要(yao)差(cha)別是前(qian)者在(zai)(zai)(zai)材料加(jia)載荷前(qian)已經存在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)脆源,后者在(zai)(zai)(zai)加(jia)載荷之前(qian)并(bing)不存在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)脆源,而(er)是由于氫(qing)(qing)與應(ying)力產生交互(hu)作(zuo)用后才形(xing)成(cheng)的(de)(de)。


第一類氫脆(cui)表現有以(yi)下三(san)種情況:


  1. 氫蝕(Hydrogen Attack)


   主(zhu)要(yao)表現在(zai)石油(you)高壓加氫及液化石油(you)氣(qi)的設備中。其作用機(ji)理是(shi)在(zai)300~500℃溫(wen)度范(fan)圍內,由于高壓氫與雙相不(bu)銹鋼中碳作用在(zai)晶界上生成高壓CH4而使材料脆化。


  2. 白點


   在(zai)(zai)(zai)重軌鋼及大截面(mian)鍛件中(zhong)易出現這類(lei)氫脆。這是(shi)由于鋼在(zai)(zai)(zai)冷凝(ning)過(guo)程中(zhong)氫溶(rong)解度(du)降低而析出大量(liang)氫分子。它們在(zai)(zai)(zai)鍛造或(huo)軋制過(guo)程中(zhong)形(xing)成高壓氫氣泡,在(zai)(zai)(zai)較快(kuai)速度(du)冷卻時氫來不及擴散到表面(mian)逸出,于是(shi)在(zai)(zai)(zai)高壓氫分子和應力(li)(熱應力(li)或(huo)組織應力(li))的(de)共同作用下造成白(bai)點等缺陷(xian)。采用緩冷或(huo)在(zai)(zai)(zai)鋼中(zhong)加入(ru)稀土(tu)、V、Ti等元素(su)可減輕這類(lei)氫脆。


 3. 氫化物氫脆(cui)


  由于IVB族(Ti、Zr、Hf)和VB族(V、Nb、Ta)金屬極(ji)易生成氫化物(wu),而導致脆性。因為(wei)氫化物(wu)是一種脆性相(xiang),它(ta)與基體存在較弱的結合力,且(qie)二者間的彈(dan)性和塑(su)性均不同,因此在應力作用(yong)下形成脆斷(duan)。


 第二類氫(qing)脆(可逆性氫(qing)脆)


  是(shi)近年(nian)來最活躍(yue)的研究領域。這是(shi)由靜載荷持久實驗所產生的脆斷。含氫材料在持續應力作(zuo)用(yong)下,經(jing)過一(yi)定孕育期后(hou)形成裂(lie)(lie)紋,存在一(yi)個亞臨界(jie)裂(lie)(lie)紋的擴(kuo)展階(jie)段,當(dang)外界(jie)應力低于某一(yi)極限值(zhi)(zhi)時,材料將長期不斷裂(lie)(lie),此極限值(zhi)(zhi)與疲勞極限十分相似。


  可逆性氫脆(滯后破壞)的發生與金屬的晶體結構無關。其共同特征是:只在一定溫度范圍內發生(100~100℃);氫脆敏感性與形變速度有關,形變速度越大,敏感性越小,當超過某一臨界速度,則氫脆完全消失,氫脆斷口平滑,多數是沿晶斷裂。可逆性氫脆可以在含氫的材料中發生(內部氫脆),也可在含氫介質中發生(環境氫脆),二者實驗條件不同,但表現出的氫脆特征是相同的。環境氫脆內容十分廣泛,環境介質除H2、H2S、H2O外,還有各種碳氫化合物及各種水溶液。因此,廣義的環境氫脆包括各種水溶液的應力腐蝕。氫對金屬機械性質最重要而普遍存在的是氫脆,這意味著金屬中充入一些氫后對負載-時間函數關系上引起機械失效所需功的減小。這種減少可表現為拉伸(應變)限度的減小而引起失效、金屬可承受的靜負載量的減少、負載-非負載循環次數的減少或表現為破裂傳播速率的增加。重要的是要認識到氫的這種效應依賴于下列復雜并相互作用的方式,對于給定的合金組分,這些因素有純凈度、雜質分布、微結構和相分布、以前的機械歷史(如形變的程度和種類)、表面化學和幾何學(如凹坑)等。對某些金屬(如高強度鋼)不足百萬分之一的氫含量就足以引發災難性的氫脆。而對另一些金屬(如Nb、Ta),嚴重的氫脆在氫濃度足夠高到形成氫化物時才會發生。