氢脆发表评论(0)编辑词条

氢脆钢中氢所引起的脆性，又称氢致开裂或氢损伤。钢中的氢会导致钢的力学性能下降，如钢中白点、氢腐蚀、环境氢与应力交互作用形成的应力腐蚀等。钢中氢的来源有：(1)在冶炼、酸洗、焊接或电镀等工艺过程中钢所吸收的氢。(2)使用过程中由环境中吸收的氢。含氢介质有H2、H2s等气体，或在水溶液中腐蚀时阴极过程所释放的氢。
研究氢脆可用拉伸试验，将预先充氢的试样用断面收缩率的变化来确定其脆化系数I：
 I=（Ψ0-ΨH）/Ψ0*100%
 式中Ψ0和ΨH分别为未充氢和充氢试样的断面收缩率。I值越大，钢的氢脆敏感性也越大。现在也广泛用断裂力学来研究氢脆，采用预制裂纹的试样，在致氢脆环境中或预先充氢加载，测定断裂时间(Tf)和断裂应力(óf)随着应力场强度因子(Ki)的降低而增加，当Ki下降趋于一个稳定值Kiscc称为应力腐蚀(氢脆)临界。应力场强度因子。图3为断裂时间(Tf)与应力场强度因子(Ki)的关系。由断裂力学可知，它与ó1和临界裂纹深度ac之间的关系为
 KIscc=α(πac)1/2óf 
 式中α为形状因子，可由有关断裂力学的手册中查到。
影响钢氢脆的因素是一定浓度的氢。一定的拉伸应力和敏感的显微组织。马氏体组织伴随有较大的相变应力，这种组织对氢脆特别敏感，其次为贝氏体、屈氏体。一般索氏体，铁素体+珠光体，其氢脆敏感性较小。
白点钢中氢引起的一种内部裂纹，在断口上面呈现圆形或椭圆形银白色斑点，多在钢坯、重轨和大锻件中出现。对白点比较敏感的钢主要是合金结构钢和部分合金工具钢。当钢中氢含量高时，钢显著变脆，甚至失去塑性。当含氢高时，钢中又有相当大的内应力，这种内应力一方面来自过饱和氢从钢中析出所产生的

分子氢压力，另一方面来自固态相变时的热应力和组织应力，当内应力超过钢的断裂强度时，就会出现内部裂纹。
氢腐蚀主要发生在石油高压加氢和液化石油气的设备中。在300～500℃温度范围工作，由于高压氢与钢中碳起反应，在内界面形成CH4的高内压力而使钢脆化，引起晶界开裂。
钢的滞后破坏超高强度钢在低于屈服强度的静应力持续作用下，经过一定时间后，钢表面形成裂纹，并逐渐向内传播，直至突然断裂。这是由于氢和张应力交互作用的结果，发生在-100～+150℃温度范围，尤以室温表现最突出。在工件有缺口情况下，由于张应力作用，缺口前沿产生三向应力场，氢原子聚集于受三向张应力作用的缺口尖端区，当氢的浓度聚集到临界值后，使钢组织的塑性进一步降低，在张应力作用下促使缺口尖端处裂纹的扩展。钢中氢的临界值与张应力成反比，张应力越大，裂纹作一次扩展所需的临界氢含量越低。由于必须达到临界氢含量才能发生裂纹的一次扩展，需要一个聚集氢的时间，所以裂纹扩展是不连续的。此时钢中的氢来自：(1)环境氢，除H2 H2S、H2O外，还有各种碳氢化物和水溶液，在使用环境中吸收的氢。(2)钢中固有氢。
降低或抑制钢氢致脆性的措施为：(1)降低钢中的氢含量。冶炼时采用精料，或采用真空冶炼或真空处理。焊接时采用低氢焊条，酸洗时采用缓蚀剂或采用降低引入氢的工艺。(2)热处理脱氢。对大型合金结构钢锻轧件在锻轧后缓冷，让钢中氢扩散排出，可防止白点。对超高强度钢和高合金铁素体钢，酸洗后要烘烤去氢。(3)为防止氢腐蚀，钢中可加入强碳化物形成元素钛、钒，形成Tic、Vc而将碳固定，使不与氢起反应(4)由于不稳定的奥氏体不锈钢，易诱发马氏体相变而引起氢脆，故应选用稳定的奥氏体不锈钢。