氫(qing)(qing)能(neng)(neng)夠(gou)導(dao)致(zhi)合(he)金材(cai)料(liao)(liao)發生(sheng)多(duo)種(zhong)樣式損壞,如氫(qing)(qing)致(zhi)滯后斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)、氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)及高(gao)溫氫(qing)(qing)腐蝕(shi)等,其(qi)中氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)(Hydrogen Embrittlement,HE)指在應力和氫(qing)(qing)這(zhe)(zhe)兩種(zhong)因素的(de)(de)(de)共同作(zuo)用下(xia)引(yin)起金屬塑性(xing)降低(di)(di)、產生(sheng)損傷或斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)現象,氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)又被稱(cheng)為氫(qing)(qing)損傷或氫(qing)(qing)致(zhi)開(kai)裂(lie)(lie),不(bu)僅能(neng)(neng)夠(gou)降低(di)(di)金屬材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)斷(duan)(duan)面收縮率,同時也會(hui)使金屬材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)性(xing)值(zhi)和疲勞壽命得到(dao)顯著降低(di)(di)。氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)在小于金屬斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)強度的(de)(de)(de)拉伸作(zuo)用條件下(xia),經過一(yi)段時間后能(neng)(neng)夠(gou)導(dao)致(zhi)金屬產生(sheng)忽(hu)然脆(cui)(cui)斷(duan)(duan),這(zhe)(zhe)種(zhong)脆(cui)(cui)斷(duan)(duan)是在沒有預(yu)兆的(de)(de)(de)情況下(xia)發生(sheng)的(de)(de)(de),因而氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)的(de)(de)(de)破壞性(xing)和危險(xian)性(xing)是極大(da)的(de)(de)(de),并(bing)且材(cai)料(liao)(liao)發生(sheng)氫(qing)(qing)脆(cui)(cui)能(neng)(neng)夠(gou)引(yin)起較低(di)(di)應力下(xia)的(de)(de)(de)開(kai)裂(lie)(lie)、斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)及爆炸等事故,危害(hai)人身(shen)安全并(bing)且容易帶來(lai)財產的(de)(de)(de)嚴(yan)重損耗。
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(cui)的發(fa)生與氫有著十分密(mi)切的聯(lian)系,其中氫的來源主要有兩(liang)個(ge)方面,即內氫和外氫。
1. 內氫
內(nei)氫(qing)是指在(zai)(zai)(zai)冶煉、酸洗、焊(han)(han)接(jie)(jie)等過(guo)程(cheng)中(zhong)導致鋼(gang)(gang)內(nei)部(bu)(bu)存在(zai)(zai)(zai)氫(qing),即(ji)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)使用(yong)和實驗之前就已經(jing)存在(zai)(zai)(zai)氫(qing),例如,在(zai)(zai)(zai)冶煉鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)進(jin)(jin)程(cheng)中(zhong),爐內(nei)部(bu)(bu)的(de)(de)(de)水發(fa)生(sheng)(sheng)分(fen)解進(jin)(jin)而(er)導致氫(qing)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng);鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)電(dian)鍍前和熱(re)處理(li)后全部(bu)(bu)要經(jing)過(guo)酸洗這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng),在(zai)(zai)(zai)這(zhe)過(guo)程(cheng)中(zhong)鋼(gang)(gang)跟酸會(hui)進(jin)(jin)行電(dian)化(hua)學反(fan)應進(jin)(jin)而(er)導致氫(qing)在(zai)(zai)(zai)陰極區生(sheng)(sheng)成(cheng),這(zhe)些氫(qing)中(zhong)有的(de)(de)(de)會(hui)擴散(san)到(dao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)內(nei)部(bu)(bu);焊(han)(han)接(jie)(jie)是一(yi)種局(ju)部(bu)(bu)冶煉過(guo)程(cheng),涉及焊(han)(han)縫金(jin)屬的(de)(de)(de)融化(hua)和凝(ning)固,當焊(han)(han)條藥(yao)皮或(huo)者(zhe)環(huan)境中(zhong)含有較多水分(fen)時,在(zai)(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)局(ju)部(bu)(bu)高溫下也可(ke)以將(jiang)氫(qing)代入(ru)熔(rong)池,容易(yi)將(jiang)氫(qing)引入(ru)到(dao)金(jin)屬內(nei)部(bu)(bu)進(jin)(jin)而(er)造(zao)成(cheng)與白點類似的(de)(de)(de)問題,于焊(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)影(ying)響區產(chan)生(sheng)(sheng)焊(han)(han)接(jie)(jie)冷裂(lie)紋。
2. 外氫
外(wai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)是指(zhi)材料本身含氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)量較(jiao)少,但(dan)是在(zai)致氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)體中(zhong)及在(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)氣(qi)中(zhong)工作或(huo)者(zhe)腐蝕的(de)陰(yin)極過程中(zhong)都有可能引入(ru)(ru)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing),這些氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)都可以在(zai)鋼(gang)的(de)表面形成(cheng)原(yuan)子氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)(jin)入(ru)(ru)到(dao)鋼(gang)的(de)內部(bu),例如:石化(hua)(hua)工業中(zhong)的(de)反應塔等受力結構鋼(gang)件是在(zai)具有氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)或(huo)者(zhe)硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)環境(jing)中(zhong)進(jin)(jin)(jin)行工作的(de),由于工作環境(jing)中(zhong)存(cun)在(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)并且氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)進(jin)(jin)(jin)入(ru)(ru)到(dao)金屬內部(bu)進(jin)(jin)(jin)而導致應用結構鋼(gang)件氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)產生(sheng)(sheng)(sheng);又如析氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕過程中(zhong)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)大部(bu)分是因為鋼(gang)存(cun)在(zai)于H+的(de)介質(zhi)中(zhong),其表面與含氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)物質(zhi)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)反應生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)[H]或(huo)者(zhe)H2,氣(qi)態(tai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)或(huo)者(zhe)吸附在(zai)鋼(gang)表面或(huo)者(zhe)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)分解進(jin)(jin)(jin)而形成(cheng)活(huo)性氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)原(yuan)子,能夠進(jin)(jin)(jin)一步導致鋼(gang)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)脆(cui)化(hua)(hua)。

