氫致損傷(二)

氫鼓泡是低強度鋼或容器在H2S水溶液或濕H2S中有應力或無應力作用下,由于H2S分解產生的氫原子進入鋼中,擴散到缺陷處形成氫分子,產生很高的壓力,導致產生裂紋。裂紋平行于軋制面,在接近表面處形成鼓泡。在含硫的油氣管線、儲罐、煉制設備及煤的汽化設備中常見氫鼓泡誘發的開裂現象。鋼中存在扁平狀或長條狀MnS夾雜物等易成為裂紋源,產生氫鼓泡時將導致設備破損或物料泄漏。氫鼓泡是在室溫下出現的,提高或降低溫度能減少開裂傾向。鋼中含有少量Cu(0.2wt%～0.3wt%)時能顯著減少開裂,加入少量Cr、V、Mo、Nb、Ti等元素時可改善鋼的力學性能,提高對裂紋擴展的阻力。另外,經淬火回火處理的鋼筆正火態可減少氫誘發開裂的危險。

氫脆一般發生在屈服強度大于620 MPa的高強度鋼及Ti、Ta等高強度材料中。氫對材料的伸長率及斷面收縮率有顯著影響,但對屈服強度影響不大。氫對低強度鋼的影響不僅在于降低塑性,也降低斷裂應力(σF)。氫脆的特點主要有:①延遲破壞。材料在靜載荷作用下,裂紋萌生,低速擴展,失穩斷裂。②氫脆裂紋擴展是不連續的,在裂紋擴展過程中有氫析出。③氫 脆斷口沒有明顯特征,斷口形貌與應力強度因子KI及氫含量有關,高KI時可能是韌窩形斷口,低KI時是沿晶斷口,中等KI時是解理或準解理斷口。另外,氫脆本身不是一種獨立的斷裂機制,氫的存在往往有助于某種機制的斷裂,斷裂方式可能是穿晶的,也可能是沿晶的,一般情況下,鋼材在環境介質的作用下吸收氫將產生沿晶脆性斷裂,而在冶金過程作用下吸收氫將產生穿晶脆性斷裂。影響氫脆的因素主要有:①隨著氫含量增加,鋼的塑性急劇下降,臨界應力也降低。②氫脆與溫度有關,一般認為鋼的氫脆發生在-100～150 ℃,以室溫附近(-30～30℃)最嚴重。③溶液的pH值越低時越容易產生氫脆,溶液中存在Cl-時加速氫脆。④應力集中程度越大,越容易產生氫脆,應變速率越慢,氫脆敏感性越大。沖擊和拉伸試驗不能顯示出材料對氫脆的敏感性。⑤材料的成分、組織及力學性能與氫脆有關,鋼中含P、As、Sb、Si、S、Mn等元素促進氫脆的產生,鋼的強度越高,氫脆敏感性越大。