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含氢设备设计—氢损伤类型及机理

发布于:12-25

   氢渗透进入金属内部而造成金属性能劣化称为氢损伤,氢损伤的形式主要有七类:

一.氢脆

    氢原子进入金属后使晶格应变增大,因而降低韧性及延性,引起脆化的现象。氢脆是最常见的钢材氢损伤形式,包括氢致应力开裂、氢环境脆化和氢致拉伸延伸性丧失等,发生氢脆的温度范围在-100200℃之间,一般更容易发生在20℃40℃之间。氢脆一般发生在拉应力作用下,压应力不引起氢脆,氢脆容易发生在高强度材料、钛、钽等金属上。若将钢材中的氢释放出来(如消氢处理),则钢的力学性能仍可恢复,所以氢脆是可逆的

二.氢腐蚀

    在高温高压条件下,侵入钢中的氢与钢中的渗碳体(Fe3C)和不稳定碳化物析出的碳起化学反应生成甲烷,导致钢材破裂的现象。                   

生成甲烷的化学反应在晶界上进行,它在钢中的扩散能力很小,没有能力从钢材中扩散出去,在钢材缺陷部位聚集,在空穴处生长且连接起来,形成局部高压,造成应力集中,导致微观孔隙发展,以致形成内部裂纹,使钢材强度和延性显著降低,最后导致材料破裂。氢腐蚀不是突然发生的,一般经过三个阶段,第一阶段为孕育期,钢材性能无变化,第二阶段为性能迅速变化阶段,迅速脱碳,裂纹快速扩展,第三阶段为破坏期,固溶体中碳已耗尽,发生氢腐蚀。氢腐蚀一旦发生,便无法消除,是不可逆的。