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影響氫脆的外部因素：壓力、溫度、其他介質(zhì)…

2020-12-07 13:08:45 作者：百若來(lái)源：設(shè)備管理與防腐分享至：

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之前我們介紹了材料本身因素對(duì)氫脆的影響：強(qiáng)度、金相、晶粒度、化學(xué)成分…是如何影響鋼的抗氫脆性能的？

一、氫壓的影響

氫在鋼中的溶解度正比于氫氣壓力的平方根。氫是沿著應(yīng)力梯度擴(kuò)散的，在較大的范圍內(nèi)向最大應(yīng)力區(qū)富集。而最大應(yīng)力區(qū)通常位于裂紋、夾雜、空隙等缺陷部位，在應(yīng)力作用下缺口前端通常會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，使位錯(cuò)密度增大，氫又受到高密度位錯(cuò)的捕獲而積聚在缺口前端的局部塑性變形區(qū)。因此，缺口前端塑性變形區(qū)就會(huì)出現(xiàn)2個(gè)氫富集峰，即應(yīng)力致氫富集峰和位錯(cuò)致氫富集峰。

所以，氫氣壓力升高致使鋼中的氫平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，應(yīng)力集中和缺陷的存在又使得缺口前端的塑性變形區(qū)局部氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，增大了氫脆的敏感性。

二、其他介質(zhì)的影響

如果H2中存在O2，則氫的滲透性和溶解度就會(huì)下降。這是因?yàn)镺2對(duì)Fe的親和力比H2大，吸附熱也比H2高，因而O2在鋼表面的吸附能力比H2強(qiáng)。另外，氧分子的吸附是一種多層吸附，它在鋼表面形成一層氧化膜，阻止氫分子吸附到鋼表面。在氫氣中能起到類似作用的氣體還有SO2、CO、CS2、CO2等在鋼表面吸附能力強(qiáng)的氣體。

H2S在氫氣中的作用與前述介質(zhì)O2等正好相反，它能加速鋼對(duì)氫的吸附及HIC擴(kuò)展。研究表明，H2S對(duì)鋼的作用類似于陽(yáng)極溶解，它破壞了鋼表面的鈍化層（例如氧化膜），并且掃描電鏡顯示鋼表面在H2S的作用下變得粗糙。另外，H2S能抑制氫原子在去鈍化表面上的結(jié)合反應(yīng)，因而使大部分氫原子進(jìn)入金屬內(nèi)部。

三、溫度的影響

溫度的變化會(huì)影響氫在金屬表面的吸附、溶解以及在金屬中的擴(kuò)散。溫度較低時(shí)，氫在金屬中的活性降低，氫脆現(xiàn)象緩解或消失。溫度較高時(shí)，氫難以在缺陷部位聚集，氫脆現(xiàn)象亦緩解或消失。當(dāng)高溫與高氫分壓并存時(shí)將引起另外一種氫損傷現(xiàn)象——氫蝕。

四、應(yīng)變速率的影響

在慢拉伸過(guò)程中，從環(huán)境中進(jìn)入金屬內(nèi)部的氫通過(guò)應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散而富集在缺陷等應(yīng)力集中部位，達(dá)到臨界值后才會(huì)導(dǎo)致裂紋形核和擴(kuò)展，從而使延伸率或斷裂應(yīng)力降低。

而在快拉伸過(guò)程中，應(yīng)變速率較高，當(dāng)缺陷部位的局部氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于臨界氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)試樣就已經(jīng)被拉斷，顯示不出氫致塑性損失。

因此，設(shè)計(jì)測(cè)試材料氫脆敏感性的試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)考慮試驗(yàn)條件下應(yīng)變速率與服役條件下應(yīng)變速率差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)論的影響。

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