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氫脆
氫脆是溶于鋼中的氫，聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋，又稱(chēng)白點(diǎn)。氫脆只可防，不可治。氫脆一經(jīng)產(chǎn)生，就消除不了。在材料的冶煉過(guò)程和零件的制造與裝配過(guò)程（如電鍍、焊接）中進(jìn)入鋼材內(nèi)部的微量氫(10的負(fù)6次方量級(jí))在內(nèi)部殘余的或外加的應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料脆化甚至開(kāi)裂。在尚未出現(xiàn)開(kāi)裂的情況下可以通過(guò)脫氫處理（例如加熱到200℃以上數(shù)小時(shí)，可使內(nèi)氫減少）恢復(fù)鋼材的性能。因此內(nèi)氫脆是可逆的。
中文名：氫脆
外文名：Hydrogen embrittlement
拉丁文名：Hydrogenium embrittlement
解 釋?zhuān)喝苡阡撝械臍?/span>
聚合形態(tài)：氫分子
作 用：超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限
1、氫脆的機(jī)理學(xué)術(shù)界還有爭(zhēng)議，但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為以下幾種效應(yīng)是氫脆發(fā)生的主要原因：
在金屬凝固的過(guò)程中，溶入其中的氫沒(méi)能及時(shí)釋放出來(lái)，向金屬中缺陷附近擴(kuò)散，到室溫時(shí)原子氫在缺陷處結(jié)合成分子氫并不斷聚集，從而產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，使金屬發(fā)生裂紋．
在石油工業(yè)的加氫裂解爐里，工作溫度為300-500度，氫氣壓力高達(dá)幾十個(gè)到上百個(gè)大氣壓力，這時(shí)氫可滲入鋼中與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷． 甲烷氣泡可在鋼中夾雜物或晶界等場(chǎng)所成核，長(zhǎng)大，并產(chǎn)生高壓導(dǎo)致鋼材損傷．
在應(yīng)力作用下，固溶在金屬中的氫也可能引起氫脆．金屬中的原子是按一定的規(guī)則周期性地排列起來(lái)的，稱(chēng)為晶格．氫原子一般處于金屬原子之間的空隙中，晶格中發(fā)生原子錯(cuò)排的局部地方稱(chēng)為位錯(cuò)，氫原子易于聚集在位錯(cuò)附近．金屬材料受外力作用時(shí)，材料內(nèi)部的應(yīng)力分布是不均勻的，在材料外形迅速過(guò)渡區(qū)域或在材料內(nèi)部缺陷和微裂紋處會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中．在應(yīng)力梯度作用下氫原子在晶格內(nèi)擴(kuò)散或跟隨位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)向應(yīng)力集中區(qū)域．由于氫和金屬原子之間的交互作用使金屬原子間的結(jié)合力變?nèi)?，這樣在高氫區(qū)會(huì)萌生出裂紋并擴(kuò)展，導(dǎo)致了脆斷． 另外，由于氫在應(yīng)力集中區(qū)富集促進(jìn)了該區(qū)域塑性變形，從而產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展． 還有，在晶體中存在著很多的微裂紋，氫向裂紋聚集時(shí)有吸附在裂紋表面，使表面能降低，因此裂紋容易擴(kuò)展．
某些金屬與氫有較大的親和力，過(guò)飽和氫與這種金屬原子易結(jié)合生成氫化物，或在外力作用下應(yīng)力集中區(qū)聚集的高濃度的氫與該種金屬原子結(jié)合生成氫化物．氫化物是一種脆性相組織，在外力作用下往往成為斷裂源，從而導(dǎo)致脆性斷裂．
工業(yè)管道的氫脆現(xiàn)象可發(fā)生在實(shí)施外加電流陰極保護(hù)的過(guò)程之中:現(xiàn)階段為了防止金屬設(shè)備發(fā)生腐蝕，一般大型的工業(yè)管道都采用外加電流的陰極保護(hù)方式，但是這種方式也能引發(fā)雜散電流干擾的高風(fēng)險(xiǎn)，可導(dǎo)致過(guò)保護(hù)，引發(fā)防腐層的破壞及管材氫脆。
2、特殊情況
熱處理的方法是將工件加熱至某一溫度，保溫一段時(shí)間，緩冷，使氫隨溶解度逐漸變小，逐漸析出。但加熱會(huì)破壞鍍層，因此熱處理的方法對(duì)于經(jīng)過(guò)電鍍的工件并不適用。
3、如何防治
首先，盡量縮短酸洗時(shí)間；其次加緩蝕劑，減少產(chǎn)氫量。
壓力容器的氫脆(或稱(chēng)氫損傷)是指它的器壁受到氫的侵蝕，造成材料塑性和強(qiáng)度降低，并因此而導(dǎo)致的開(kāi)裂或延遲性的脆性破壞。高溫高壓的氫對(duì)鋼的損傷主要是因?yàn)闅湟栽訝顟B(tài)滲入金屬內(nèi)，并在金屬內(nèi)部再結(jié)合成分子，產(chǎn)生很高的壓力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致表面鼓包或皺折；氫與鋼中的碳結(jié)合，使鋼脫碳，或使鋼中的硫化物與氧化物還原。造成壓力容器氫脆破壞的氫，可以是設(shè)備中原來(lái)就存在的，例如，煉鋼、焊接過(guò)程中的濕氣在高溫下被還原而生成氫，并溶解在液體金屬中?；蛟O(shè)備在電鍍或酸洗時(shí)，鋼表面被吸附的氫原子過(guò)飽和，使氫滲入鋼中；也可以是使用后由介質(zhì)中吸收進(jìn)入的，例如在石油、化工容器中，就有許多介質(zhì)中含氫或含混有硫化氫的雜質(zhì)。鋼發(fā)生氫脆的特征主要表現(xiàn)在微觀組織上。它的腐蝕面?？梢?jiàn)到鋼的脫碳鐵素體，氫脆層有沿著晶界擴(kuò)展的腐蝕裂紋。腐蝕特別嚴(yán)重的容器，宏觀上可以發(fā)現(xiàn)氫脆所產(chǎn)生的鼓包。介質(zhì)中含氫(或硫化氫)的容器是否會(huì)發(fā)生氫脆，主要決定于操作溫度、氫的分壓、作用時(shí)間和鋼的化學(xué)成分。溫度越高、氫分壓越高，碳鋼的氫脆層就越深，發(fā)生氫脆破裂的時(shí)間也越短，其中溫度尤其是重要因素。鋼的含碳量越高，在相同的溫度和壓力條件下，氫脆的傾向越嚴(yán)重。鋼中添有鉻、鈦、釩等元素，可以阻止氫脆的產(chǎn)生。[1]
出現(xiàn)氫脆的工件通過(guò)除氫處理（如加熱等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。如電鍍件的去氫都在200～240度的溫度下，加熱2～4小時(shí)可將絕大部分氫去除。
氫在常溫常壓下不會(huì)對(duì)鋼產(chǎn)生明顯的腐蝕，但當(dāng)溫度超過(guò)300℃和壓力高于30MPa時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氫脆這種腐蝕缺陷，尤其是在高溫條件下。如合成氨生產(chǎn)過(guò)程中的脫硫塔、變換塔、氨合成塔；煉油過(guò)程中的一些加氫反應(yīng)裝置；石油化工生產(chǎn)過(guò)程中的甲醇合成塔等。
二：氫脆-鋼材中的氫會(huì)使材料的力學(xué)性能脆化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氫脆。主要發(fā)生在碳鋼和低合金鋼中。
4、消除措施
(1)、減少金屬中滲氫的數(shù)量，必須盡量減少高強(qiáng)度/高硬度鋼制緊固件的酸洗，因?yàn)樗嵯纯杉觿浯?。在除銹和氧化皮時(shí)，盡量采用噴砂拋丸的方法，若洛氏硬度等于或大于HRC 32的緊固件進(jìn)行酸洗時(shí)，必須在制定酸洗工藝時(shí)確保零件在酸中浸泡的時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)10分鐘。并應(yīng)盡量降低酸液的濃度，并保證零件在酸中浸泡的時(shí)間不超過(guò)10分鐘；在除油時(shí)，采用清洗劑或溶劑除油等化學(xué)除油方式，滲氫量較少，若采用電化學(xué)除油，先陰極后陽(yáng)極，高強(qiáng)度零件不允許用陰極電解除油；在熱處理時(shí)，嚴(yán)格控制甲醇和丙烷的滴注量；在電鍍時(shí)，堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少。
(2)、采用低氫擴(kuò)散性和低氫溶解度的鍍涂層一般認(rèn)為，在電鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時(shí)，滲入鋼件的氫容易殘留下來(lái)，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層具有低氫擴(kuò)散性和低氫溶解度，滲氫較少。在滿(mǎn)足產(chǎn)品技術(shù)條件要求的情況下，可采用不會(huì)造成滲氫的涂層，如機(jī)械鍍鋅或無(wú)鉻鋅鋁涂層，不會(huì)發(fā)生氫脆，耐蝕性高，附著力好，且比電鍍環(huán)保。
（3）鍍前去應(yīng)力和鍍后去氫以消除氫脆隱患若零件經(jīng)淬火、焊接等工序后內(nèi)部殘留應(yīng)力較大，鍍前應(yīng)進(jìn)行回火處理，回火消除應(yīng)力實(shí)際上可以減少零件內(nèi)的陷阱數(shù)量，從而減輕發(fā)生氫脆的隱患。
⑷、控制鍍層厚度，由于鍍層覆蓋在緊固件表面，鍍層在一定程度上會(huì)起到氫擴(kuò)散屏障的作用，這將阻礙氫向緊固件外部的擴(kuò)散。當(dāng)鍍層厚度超過(guò)2.5μm時(shí)，氫從緊固件中擴(kuò)散出去就非常困難了。因此硬度<32HRC的緊固件，鍍層厚度可以要求在12μm；硬度≥32HRC的高強(qiáng)度螺栓，鍍層厚度應(yīng)控制在8μmmax。這就要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到高強(qiáng)度螺栓的氫脆風(fēng)險(xiǎn)，合理選擇鍍層種類(lèi)和鍍層厚度.