术语“氢损伤指金属与氢相互作用或氢的存在而引起的机械损伤。氢原子的半径为1.1,能够扩散到许多金属和钢中。氢原子非常活泼,几乎能与所有元素结合。氢的分子形式是稳定的,不能扩散。
氢损伤可分为四种类型:
- 氢气吸水.原子氢在金属内扩散并导致局部化形变,甚至破坏血管壁。
- 氢脆脆化.涉及氢气的渗透,这导致增强脆性和减少抗拉强度.
- 脱碳(高温过程)。又称从钢中除去碳,这可以在高温下进行潮湿环境。它降低了钢上的拉伸强度。
- 氢气攻击(高温过程)。氢与某一物质的任何组成部分之间的相互作用合金在高温度。
新生氢气源
氢原子对许多物质都是危险和有害的。它是在以下条件下创建的:
- 高温,潮湿的大气
- 腐蚀过程
- 电解的水
这些是原子氢的主要来源。因此,为了防止氢气损坏,我们必须控制这些来源。减少氢气离子产生原子氢,随后形成氢分子。如果后一步,分子氢的形成缓慢,那么原子氢的浓度均产生,并且氢气损伤的可能性更多。
氢气吸水
在氢泡中,氢原子扩散到有一些空隙的材料中。在这些空隙中,氢原子可以结合形成氢分子。因为氢分子不能扩散,巨大的压力在这些空隙中积聚。氢分子与氢原子接触时的平衡压力足以使任何物质破裂。
氢泡是腐蚀的一种形式,在石油工业中占主导地位。它可以发生在精炼过程中,也可以发生在储罐中。(有关石油工业的进一步阅读,请参阅原油中存在的6种腐蚀性成分)。
氢泡预防措施
使用涂料
金属、有机和无机涂层常用于防止钢容器的氢起泡。涂层和衬套必须不受氢气渗透的影响,并能抵抗容器内的介质。橡胶、塑料涂层和砖衬里经常被使用。镍钢包层经常被用于奥氏体用于此目的的钢。
抑制剂的使用
抑制剂降低腐蚀速率和氢离子还原速率。通常,抑制剂用于封闭系统。
使用清洁钢
当氢分子在空隙中形成时,就会发生氢泡。我们应该使用空隙最小的材料。所以,镇静钢应该用来代替沸腾钢因为它的空洞更少。
去除毒药
一些毒药阻碍了氢分子的形成,导致原子氢浓度上升,并使组分更容易发生氢气。在纯腐蚀性系统中,氢气磨削非常罕见。腐蚀,电镀和阴极保护是金属中的一些氢气来源。磷化合物,硫化物离子和砷化合物等某些物质阻碍了氢离子还原,这又提高了原子氢的浓度。这些毒药应该被删除。
合金替代
使用含镍钢或镍合金可以防止氢起泡,因为它们的氢扩散速率非常低。
氢脆
氢脆涉及氢的渗透。(发现基本的氢脆性介绍)。强的,氢化物形成金属与溶解的氢反应,形成脆性的氢化物,如钛.导致氢脆的机理大多与溶解氢的滑移干涉有关。这种滑移干扰可能是由于微孔洞和位错位附近的氢浓度较高所致。
氢脆倾向于发生在应力集中的区域。此外,氢的浓度越高,氢脆的可能性就越大。几ppm的吸收气体就足以引起裂纹。总的来说,趋向于氢裂化随着温度的增加而降低。
应力腐蚀开裂与氢脆的区别
应力腐蚀开裂(SCC)通过对施加的电流和裂化方式的反应来区分氢脆化。如果施加的电流使样品更多阳极并加速开裂,属于应力腐蚀开裂。在这里,阳极溶解过程有助于裂纹的发展。同样,如果施加的电流增加了氢的析出率,这些情况被认为是氢的脆化。(阅读文章中关于SCC的内容管道应力腐蚀开裂的原因?)以下是如何防止压力腐蚀裂纹和氢脆化:
降低腐蚀速率
金属腐蚀导致进化的氢.因此,降低腐蚀速率会降低析氢速率。
烘焙
从钢中除去氢的常用方法是用烘焙在相对较低的温度下。氢脆化几乎是钢的可逆过程。换句话说,处理钢的性质靠近无氢钢。
改变镀条件
谨慎的选择电镀镀液和电镀电流的控制具有十分重要的意义。如果在析氢条件下进行电镀,则会导致氢脆和不良沉积。
适当的焊接
焊接过程中应保持干燥条件,因为水和水蒸气是氢的来源。如果材料易发生氢脆,应使用低氢含量的焊条。
用合金
高强度钢更容易发生氢脆。用钼和镍合金化可降低磁化率。
控制氢损伤的最基本步骤是仔细检查潜在的氢气来源并减少它们。