氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)夠(gou)導(dao)致(zhi)合金(jin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)發生(sheng)(sheng)多(duo)種(zhong)樣式損壞,如(ru)氫(qing)(qing)(qing)致(zhi)滯后(hou)斷裂(lie)、氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)及高溫氫(qing)(qing)(qing)腐(fu)蝕等,其中氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)(Hydrogen Embrittlement,HE)指(zhi)在(zai)應力和氫(qing)(qing)(qing)這(zhe)兩種(zhong)因素的(de)(de)共(gong)同(tong)作用(yong)下引起(qi)金(jin)屬(shu)塑性(xing)降(jiang)低(di)、產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)損傷或斷裂(lie)的(de)(de)現(xian)象,氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)又被稱為氫(qing)(qing)(qing)損傷或氫(qing)(qing)(qing)致(zhi)開(kai)裂(lie),不僅能(neng)(neng)夠(gou)降(jiang)低(di)金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)斷面收縮率,同(tong)時也會(hui)使金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)沖擊韌性(xing)值和疲勞壽(shou)命得到顯著降(jiang)低(di)。氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)在(zai)小于(yu)金(jin)屬(shu)斷裂(lie)強度的(de)(de)拉伸作用(yong)條件下,經過一(yi)段時間(jian)后(hou)能(neng)(neng)夠(gou)導(dao)致(zhi)金(jin)屬(shu)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)忽然脆(cui)斷,這(zhe)種(zhong)脆(cui)斷是(shi)在(zai)沒有預(yu)兆的(de)(de)情況下發生(sheng)(sheng)的(de)(de),因而氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)的(de)(de)破壞性(xing)和危險(xian)性(xing)是(shi)極(ji)大的(de)(de),并且材(cai)(cai)(cai)料(liao)發生(sheng)(sheng)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)能(neng)(neng)夠(gou)引起(qi)較低(di)應力下的(de)(de)開(kai)裂(lie)、斷裂(lie)及爆炸等事故(gu),危害(hai)人身安(an)全并且容易帶來財產(chan)(chan)的(de)(de)嚴重損耗。
雙相(xiang)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。
氫脆的(de)發生與氫有著十分密切(qie)的(de)聯系(xi),其中(zhong)氫的(de)來源主要有兩個方面,即內氫和外氫。
1. 內氫(qing)
內氫(qing)(qing)是指在(zai)冶(ye)煉(lian)、酸洗、焊(han)接等過程中(zhong)(zhong)導致鋼(gang)(gang)(gang)(gang)內部(bu)存(cun)在(zai)氫(qing)(qing),即鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)使用和實驗之前就已經存(cun)在(zai)氫(qing)(qing),例如(ru),在(zai)冶(ye)煉(lian)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)進(jin)程中(zhong)(zhong),爐內部(bu)的(de)水發(fa)生分(fen)解(jie)進(jin)而導致氫(qing)(qing)的(de)生成(cheng);鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)電鍍前和熱(re)處理(li)后全部(bu)要經過酸洗這(zhe)一過程,在(zai)這(zhe)過程中(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)跟酸會進(jin)行電化(hua)學反應進(jin)而導致氫(qing)(qing)在(zai)陰極區生成(cheng),這(zhe)些(xie)氫(qing)(qing)中(zhong)(zhong)有(you)(you)的(de)會擴(kuo)散到鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)內部(bu);焊(han)接是一種局部(bu)冶(ye)煉(lian)過程,涉及(ji)焊(han)縫金屬(shu)(shu)的(de)融(rong)化(hua)和凝固,當焊(han)條藥皮或者環境中(zhong)(zhong)含有(you)(you)較多(duo)水分(fen)時,在(zai)焊(han)接的(de)局部(bu)高溫下也可以將(jiang)氫(qing)(qing)代入熔池,容易(yi)將(jiang)氫(qing)(qing)引(yin)入到金屬(shu)(shu)內部(bu)進(jin)而造成(cheng)與白(bai)點類似的(de)問題(ti),于焊(han)接熱(re)影響區產生焊(han)接冷裂(lie)紋。
2. 外氫(qing)
外氫(qing)(qing)(qing)(qing)是指材(cai)料本身(shen)含氫(qing)(qing)(qing)(qing)量較少,但是在(zai)(zai)致氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣體中及在(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣中工作或者腐蝕的陰極(ji)過程(cheng)中都(dou)有可(ke)能(neng)引入氫(qing)(qing)(qing)(qing),這些氫(qing)(qing)(qing)(qing)都(dou)可(ke)以在(zai)(zai)鋼(gang)的表面(mian)(mian)形(xing)成(cheng)(cheng)原(yuan)子氫(qing)(qing)(qing)(qing)進(jin)入到鋼(gang)的內部(bu),例如(ru)(ru):石(shi)化(hua)工業中的反應塔(ta)等受力結(jie)構(gou)鋼(gang)件是在(zai)(zai)具有氫(qing)(qing)(qing)(qing)或者硫化(hua)氫(qing)(qing)(qing)(qing)環境(jing)中進(jin)行(xing)工作的,由于(yu)工作環境(jing)中存在(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)并且氫(qing)(qing)(qing)(qing)進(jin)入到金屬內部(bu)進(jin)而導致應用結(jie)構(gou)鋼(gang)件氫(qing)(qing)(qing)(qing)脆(cui)的產生(sheng);又如(ru)(ru)析氫(qing)(qing)(qing)(qing)腐蝕過程(cheng)中生(sheng)成(cheng)(cheng)的氫(qing)(qing)(qing)(qing)大部(bu)分(fen)是因為鋼(gang)存在(zai)(zai)于(yu)H+的介(jie)質中,其表面(mian)(mian)與(yu)含氫(qing)(qing)(qing)(qing)物質發生(sheng)反應生(sheng)成(cheng)(cheng)[H]或者H2,氣態氫(qing)(qing)(qing)(qing)或者吸附在(zai)(zai)鋼(gang)表面(mian)(mian)或者發生(sheng)分(fen)解(jie)進(jin)而形(xing)成(cheng)(cheng)活性氫(qing)(qing)(qing)(qing)原(yuan)子,能(neng)夠進(jin)一步導致鋼(gang)發生(sheng)脆(cui)化(hua)。