氫脆如何防治

熱處理的方法是將工件加熱至某一溫度，保溫一段時間，緩冷，使氫隨溶解度逐漸變小，逐漸析出。但加熱會破壞鍍層，因此熱處理的方法對于經(jīng)過電鍍的工件并不適用。

氫脆的機理學(xué)術(shù)界還有爭議，但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為以下幾種效應(yīng)是氫脆發(fā)生的主要原因:

在金屬凝固的過程中，溶入其中的氫沒能及時釋放出來，向金屬中缺陷附近擴散，到室溫時原子氫在缺陷處結(jié)合成分子氫并不斷聚集，從而產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，使金屬發(fā)生裂紋.

在石油工業(yè)的加氫裂解爐里，工作溫度為300-500度，氫氣壓力高達(dá)幾十個到上百個大氣壓力，這時氫可滲入鋼中與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷. 甲烷氣泡可在鋼中夾雜物或晶界等場所成核，長大，并產(chǎn)生高壓導(dǎo)致鋼材損傷.

在應(yīng)力作用下，固溶在金屬中的氫也可能引起氫脆.金屬中的原子是按一定的規(guī)則周期性地排列起來的，稱為晶格.氫原子一般處于金屬原子之間的空隙中，晶格中發(fā)生原子錯排的局部地方稱為位錯，氫原子易于聚集在位錯附近.金屬材料受外力作用時，材料內(nèi)部的應(yīng)力分布是不均勻的，在材料外形迅速過渡區(qū)域或在材料內(nèi)部缺陷和微裂紋處會發(fā)生應(yīng)力集中.在應(yīng)力梯度作用下氫原子在晶格內(nèi)擴散或跟隨位錯運動向應(yīng)力集中區(qū)域.由于氫和金屬原子之間的交互作用使金屬原子間的結(jié)合力變?nèi)?，這樣在高氫區(qū)會萌生出裂紋并擴展，導(dǎo)致了脆斷. 另外，由于氫在應(yīng)力集中區(qū)富集促進了該區(qū)域塑性變形，從而產(chǎn)生裂紋并擴展. 還有，在晶體中存在著很多的微裂紋，氫向裂紋聚集時有吸附在裂紋表面，使表面能降低，因此裂紋容易擴展.

某些金屬與氫有較大的親和力，過飽和氫與這種金屬原子易結(jié)合生成氫化物，或在外力作用下應(yīng)力集中區(qū)聚集的高濃度的氫與該種金屬原子結(jié)合生成氫化物.氫化物是一種脆性相組織，在外力作用下往往成為斷裂源，從而導(dǎo)致脆性斷裂.

工業(yè)管道的氫脆現(xiàn)象可發(fā)生在實施外加電流陰極保護的過程之中:現(xiàn)階段為了防止金屬設(shè)備發(fā)生腐蝕，一般大型的工業(yè)管道都采用外加電流的陰極保護方式，但是這種方式也能引發(fā)雜散電流干擾的高風(fēng)險，可導(dǎo)致過保護，引發(fā)防腐層的破壞及管材氫脆。

(1)、減少金屬中滲氫的數(shù)量，必須盡量減少高強度/高硬度鋼制緊固件的酸洗，因為酸洗可加劇氫脆。在除銹和氧化皮時，盡量采用噴砂拋丸的方法，若洛氏硬度等于或大于HRC 32的緊固件進行酸洗時，必須在制定酸洗工藝時確保零件在酸中浸泡的時間最長不超過10分鐘。并應(yīng)盡量降低酸液的濃度，并保證零件在酸中浸泡的時間不超過10分鐘;在除油時，采用清洗劑或溶劑除油等化學(xué)除油方式，滲氫量較少，若采用電化學(xué)除油，先陰極后陽極，高強度零件不允許用陰極電解除油;在熱處理時，嚴(yán)格控制甲醇和丙烷的滴注量;在電鍍時，堿性鍍液或高電流效率的鍍液滲氫量較少。

(2)、采用低氫擴散性和低氫溶解度的鍍涂層一般認(rèn)為，在電鍍Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb時，滲入鋼件的氫容易殘留下來，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金屬鍍層具有低氫擴散性和低氫溶解度，滲氫較少。在滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求的情況下，可采用不會造成滲氫的涂層，如機械鍍鋅或無鉻鋅鋁涂層，不會發(fā)生氫脆，耐蝕性高，附著力好，且比電鍍環(huán)保。

(3)鍍前去應(yīng)力和鍍后去氫以消除氫脆隱患若零件經(jīng)淬火、焊接等工序后內(nèi)部殘留應(yīng)力較大，鍍前應(yīng)進行回火處理，回火消除應(yīng)力實際上可以減少零件內(nèi)的陷阱數(shù)量，從而減輕發(fā)生氫脆的隱患。

⑷、控制鍍層厚度，由于鍍層覆蓋在緊固件表面，鍍層在一定程度上會起到氫擴散屏障的作用，這將阻礙氫向緊固件外部的擴散。當(dāng)鍍層厚度超過2.5μm時，氫從緊固件中擴散出去就非常困難了。因此硬度<32HRC的緊固件，鍍層厚度可以要求在12μm;硬度≥32HRC的高強度螺栓，鍍層厚度應(yīng)控制在8μmmax。這就要求在產(chǎn)品設(shè)計時，必須考慮到高強度螺栓的氫脆風(fēng)險，合理選擇鍍層種類和鍍層厚度.

在任何電鍍?nèi)芤褐?由于水分子的離解,總或多或少地存在一定數(shù)量的氫離子。因此,電鍍過程中,在陰極析出金屬(主反應(yīng))的同時,伴有氫氣的析出(副反應(yīng))。析氫的影響是多方面的,其中最主要的是氫脆。氫脆是表面處理中最嚴(yán)重的質(zhì)量隱患之一,析氫嚴(yán)重的零件在使用過程中就可能斷裂,造成嚴(yán)重的事故。表面處理技術(shù)人員必須掌握避免和消除氫脆的技術(shù),以使氫脆的影響降低到最低限度。

在材料的冶煉過程和零件的制造與裝配過程(如電鍍、焊接)中進入鋼材內(nèi)部 的微量氫(10-6量級)在內(nèi)部殘余的或外加的應(yīng)力作用下導(dǎo)致材料脆化甚至開裂。在尚未出現(xiàn)開裂的情況下可以通過脫氫處理(例如加熱到200℃以上數(shù)小時，可使內(nèi)氫減少)恢復(fù)鋼材的性能。因此內(nèi)氫脆是可逆的。

范圍:本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢查緊固件氫脆的測試方法:適用于螺栓，螺柱，螺釘，螺母。墊圈定義:

1氫脆敏感性:由于鋼緊固件中存在著游離的 氫，在承受相應(yīng)等級的拉應(yīng)力并或處于不利于服役條下，鋼緊固件表現(xiàn)為一種脆性的破壞特性。

2氫脆傾向:如果緊固件由對氫脆敏感的鋼制成，并吸收了氫，其破壞傾向就會增大。 3生產(chǎn)批:同一標(biāo)記的，用同一爐線材制造的，在整個連續(xù)周期內(nèi)，采用相同或類似工藝并經(jīng)過相同的熱處理和涂層覆蓋工藝的緊固件數(shù)量。試樣:實驗用的螺栓螺母等應(yīng)來自同一批生產(chǎn)，其工藝應(yīng)一致。試樣以目視觀察，應(yīng)看不見裂縫. 使用設(shè)備:實驗板，扭力扳手。預(yù)載荷:平行支持面法。測試程序:一、螺栓、螺釘、螺母或螺柱 1在實驗板上安裝5個螺栓或螺釘，使其緊貼實驗板表面.. 2用適當(dāng)?shù)呐ちΠ馐謹(jǐn)Q緊組合件，直至達(dá)到各自的屈服點，擰緊扭矩的加載對象應(yīng)一致，最大擰緊速度20R/MIN. 3記錄 5個實驗組合的屈服點分別對應(yīng)的扭矩值。并算出平均值和最大最小值之間的差異，如差值小于平均值的15%，則此平均值作為實驗樣品的擰緊扭踞值。如果差值操過了15%，則應(yīng)將試樣分別擰緊直各自的屈服點。4在實驗板上擰緊規(guī)定的試樣,達(dá)到實驗擰緊扭矩，或是符合1-3條規(guī)定的屈服點。注:A實驗時，承受應(yīng)力之未旋合螺紋長度≥1D，且伸出螺母之完整螺紋長度應(yīng)<5P B 螺母的實驗與螺栓相同。二:彈簧墊圈 1將規(guī)定數(shù)量的試樣，用增墊圈相互隔開，裝到螺紋公稱直徑與其公稱直徑相同的實驗螺栓 (錐型彈簧性墊圈應(yīng)成對隔開) 2擰緊實驗組合件(螺帽)直至壓平彈簧性墊圈。三:1實驗最少應(yīng)持續(xù)48小時，實驗件應(yīng)每隔24小時重新擰緊一次，并施加到初始實驗擰緊扭矩功載荷。 2在實驗結(jié)束前，應(yīng)又一次擰緊實驗件，擰緊前應(yīng)擰退1/2圈，以確認(rèn)短裂是否發(fā)生在螺紋旋合部件實驗評估:實驗結(jié)束后，在不使用放大鏡的條件下檢查試樣。若無目測可見之裂縫或短裂，則作為合格。注意事項:

1、實驗實施過程中，應(yīng)特別注意有氫脆條件的緊固件試樣可能突然斷裂，從而造成傷害，因此應(yīng)適當(dāng)使用設(shè)備，以免傷害發(fā)生。

2、螺栓、螺釘、螺柱或螺母試樣在實驗前應(yīng)進行潤滑，以提高實驗的可靠性。

3、本實驗的靈敏度應(yīng)取決于實驗的開始時間 ，所以最好在制造結(jié)束后24小時內(nèi)進行，延長時間將會減少查出氫脆的可能性。

4、實驗中試樣出現(xiàn)裂縫，掉頭或是斷裂，并不一定是表面處理工藝引起的氫脆所致，可以用沒有經(jīng)過表面處理的緊固件進對比實驗，以確定產(chǎn)生氫脆的制程。 硅油檢測法:用200#硅油加熱到200℃±10℃恒溫，慢慢將試樣置入有硅油的容器中，5分鐘后檢查，若無連續(xù)氣泡產(chǎn)生，則視合格。