氢致损伤(二)

氢鼓泡是低强度钢或容器在H2S水溶液或湿H2S中有应力或无应力作用下,由于H2S分解产生的氢原子进入钢中,扩散到缺陷处形成氢分子,产生很高的压力,导致产生裂纹。裂纹平行于轧制面,在接近表面处形成鼓泡。在含硫的油气管线、储罐、炼制设备及煤的汽化设备中常见氢鼓泡诱发的开裂现象。钢中存在扁平状或长条状MnS夹杂物等易成为裂纹源,产生氢鼓泡时将导致设备破损或物料泄漏。氢鼓泡是在室温下出现的,提高或降低温度能减少开裂倾向。钢中含有少量Cu(0.2wt%～0.3wt%)时能显著减少开裂,加入少量Cr、V、Mo、Nb、Ti等元素时可改善钢的力学性能,提高对裂纹扩展的阻力。另外,经淬火回火处理的钢笔正火态可减少氢诱发开裂的危险。

氢脆一般发生在屈服强度大于620 MPa的高强度钢及Ti、Ta等高强度材料中。氢对材料的伸长率及断面收缩率有显著影响,但对屈服强度影响不大。氢对低强度钢的影响不仅在于降低塑性,也降低断裂应力(σF)。氢脆的特点主要有:①延迟破坏。材料在静载荷作用下,裂纹萌生,低速扩展,失稳断裂。②氢脆裂纹扩展是不连续的,在裂纹扩展过程中有氢析出。③氢 脆断口没有明显特征,断口形貌与应力强度因子KI及氢含量有关,高KI时可能是韧窝形断口,低KI时是沿晶断口,中等KI时是解理或准解理断口。另外,氢脆本身不是一种独立的断裂机制,氢的存在往往有助于某种机制的断裂,断裂方式可能是穿晶的,也可能是沿晶的,一般情况下,钢材在环境介质的作用下吸收氢将产生沿晶脆性断裂,而在冶金过程作用下吸收氢将产生穿晶脆性断裂。影响氢脆的因素主要有:①随着氢含量增加,钢的塑性急剧下降,临界应力也降低。②氢脆与温度有关,一般认为钢的氢脆发生在-100～150 ℃,以室温附近(-30～30℃)最严重。③溶液的pH值越低时越容易产生氢脆,溶液中存在Cl-时加速氢脆。④应力集中程度越大,越容易产生氢脆,应变速率越慢,氢脆敏感性越大。冲击和拉伸试验不能显示出材料对氢脆的敏感性。⑤材料的成分、组织及力学性能与氢脆有关,钢中含P、As、Sb、Si、S、Mn等元素促进氢脆的产生,钢的强度越高,氢脆敏感性越大。