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化學腐蝕之高溫氫腐蝕 (HTHA)

2020-02-26 12:06:21 作者：壓力容器人來源：壓力容器人分享至：

HTHA 是氫原子擴散到鋼中并與微觀組織中的碳化物發生反應的結果。

在臨氫條件下,吸附在鋼表面的分子氫通過金屬晶格和晶界向鋼內擴散, 使鋼嚴重脫碳產生沿晶腐蝕裂紋,力學性能下降。這種腐蝕速度取決于溫度、氫分壓、加熱時間、鋼的含碳量和合金元素等因素。

有2種反應和 HTHA 相關, 一個是氫分子 (H2) 分解成能在鋼中擴散的氫原子 (H),第二個反應發生在原子氫和金屬碳化物之間, 4H + MC==CH4+ M。

對鋼材的破壞也有2種形式, 一是因甲烷氣體在碳化物基體界面上積聚, 形成了很高的局部應力, 而產生內部脫碳和裂紋或鼓包, 其力學性能發生顯著的劣化;

二是原子氫和鋼材表面或臨近表面的碳化物發生反應產生的表面脫碳, 在該表面甲烷氣體可溢出而不會形成裂縫。內部裂縫一般可在碳鋼、 C-0.5Mo鋼和高氫分壓下的Cr-Mo鋼中觀察到, 而表面脫碳在高溫和低的氫分壓下的Cr-Mo鋼中更普遍。增加鋼中合金的Cr、 Mo元素, 碳化物的穩定性提高, 可減緩 HTHA。

鋼的抗氫腐蝕性能與鋼的顯微組織也有密切關系。所以, 壓力容器的制造和熱處理制度對設備的抗 HTHA 性能影響也很大, 對于淬火狀態, 只需經很短時間加熱就出現了氫腐蝕, 但進行回火處理, 且回火溫度越高, 由于形成穩定了的碳化物, 抗氫腐蝕性能也得到改善。

另外, 對于在臨氫環境下使用的鉻-鉬鋼設備, 進行焊后熱處理同樣具有提高抗氫腐蝕能力的效果。試驗證明, 2.25Cr-1Mo鋼焊縫若不進行焊后熱處理, 則發生氫腐蝕的溫度將比納爾遜 (Nelson) 曲線表示的溫度低100℃以上。

在高溫氫腐蝕中, 在高溫氫氣中材料的蠕變強度會下降。特別是由于二次應力 (如熱應力或由冷作加工所引起的應力) 的存在會加速高溫氫腐蝕。當沒有變形時, 氫腐蝕具有較長的 “孕育期”; 隨著冷變形量的增大, “孕育期” 逐漸縮短, 當變形量達到一定程度時, 則無論在任何試驗溫度下都無 “孕育期”, 只要暴露到此條件的氫氣中, 裂紋立刻就發生。

高溫高壓氫環境下的設備選材是按照 “納爾遜 (Nelson) 曲線” 來選擇的。該曲線是本推薦準則中所列的臨氫作業用鋼防止脫碳和開裂的操作極限,, 在溫度和氫分壓范圍, 這些鋼已經得到成功應用而沒有因 HTHA 造成的破壞。

材料默認為退火狀態, 不能用于含 As、 Sb、 Sn和 P等高含量混入元素的鋼, 如懷疑高含量混入元素, 則臨界Pv 系數應降低, 對于高含量的混入元素的鋼的熔煉爐次, 臨界Pv 系數可低至0.25。

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