氫脆特殊情況

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。

氫脆的機理學術界還有爭議，但大多數(shù)學者認為以下幾種效應是氫脆發(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)生化學反應生成甲烷. 甲烷氣泡可在鋼中夾雜物或晶界等場所成核，長大，并產(chǎn)生高壓導致鋼材損傷.

在應力作用下，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)生應力集中.在應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合力變?nèi)酰@樣在高氫區(qū)會萌生出裂紋并擴展，導致了脆斷. 另外，由于氫在應力集中區(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合生成氫化物，或在外力作用下應力集中區(qū)聚集的高濃度的氫與該種金屬原子結合生成氫化物.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險，可導致過保護，引發(fā)防腐層的破壞及管材氫脆。

首先，盡量縮短酸洗時間;其次加緩蝕劑，減少產(chǎn)氫量。

壓力容器的氫脆(或稱氫損傷)是指它的器壁受到氫的侵蝕，造成材料塑性和強度降低，并因此而導致的開裂或延遲性的脆性破壞。高溫高壓的氫對鋼的損傷主要是因為氫以原子狀態(tài)滲入金屬內(nèi)，并在金屬內(nèi)部再結合成分子，產(chǎn)生很高的壓力，嚴重時會導致表面鼓包或皺折;氫與鋼中的碳結合，使鋼脫碳，或使鋼中的硫化物與氧化物還原。造成壓力容器氫脆破壞的氫，可以是設備中原來就存在的，例如，煉鋼、焊接過程中的濕氣在高溫下被還原而生成氫，并溶解在液體金屬中。或設備在電鍍或酸洗時，鋼表面被吸附的氫原子過飽和，使氫滲入鋼中;也可以是使用后由介質(zhì)中吸收進入的，例如在石油、化工容器中，就有許多介質(zhì)中含氫或含混有硫化氫的雜質(zhì)。鋼發(fā)生氫脆的特征主要表現(xiàn)在微觀組織上。它的腐蝕面?？梢姷戒摰拿撎艰F素體，氫脆層有沿著晶界擴展的腐蝕裂紋。腐蝕特別嚴重的容器，宏觀上可以發(fā)現(xiàn)氫脆所產(chǎn)生的鼓包。介質(zhì)中含氫(或硫化氫)的容器是否會發(fā)生氫脆，主要決定于操作溫度、氫的分壓、作用時間和鋼的化學成分。溫度越高、氫分壓越高，碳鋼的氫脆層就越深，發(fā)生氫脆破裂的時間也越短，其中溫度尤其是重要因素。鋼的含碳量越高，在相同的溫度和壓力條件下，氫脆的傾向越嚴重。鋼中添有鉻、鈦、釩等元素，可以阻止氫脆的產(chǎn)生。

出現(xiàn)氫脆的工件通過除氫處理(如加熱等)也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。如電鍍件的去氫都在200~240度的溫度下，加熱2~4小時可將絕大部分氫去除。

氫在常溫常壓下不會對鋼產(chǎn)生明顯的腐蝕，但當溫度超過300℃和壓力高于30MPa時，會產(chǎn)生氫脆這種腐蝕缺陷，尤其是在高溫條件下。如合成氨生產(chǎn)過程中的脫硫塔、變換塔、氨合成塔;煉油過程中的一些加氫反應裝置;石油化工生產(chǎn)過程中的甲醇合成塔等。

二:氫脆-鋼材中的氫會使材料的力學性能脆化，這種現(xiàn)象稱為氫脆。主要發(fā)生在碳鋼和低合金鋼中。

(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除油方式，滲氫量較少，若采用電化學除油，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)部殘留應力較大，鍍前應進行回火處理，回火消除應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，鍍層厚度應控制在8μmmax。這就要求在產(chǎn)品設計時，必須考慮到高強度螺栓的氫脆風險，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)的同時,伴有氫氣的析出(副反應)。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重的質(zhì)量隱患之一,析氫嚴重的零件在使用過程中就可能斷裂,造成嚴重的事故。表面處理技術人員必須掌握避免和消除氫脆的技術,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力作用下導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)恢復鋼材的性能。因此內(nèi)氫脆是可逆的。

范圍:本標準規(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，在承受相應等級的拉應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來自同一批生產(chǎn)，其工藝應一致。試樣以目視觀察，應看不見裂縫. 使用設備:實驗板，扭力扳手。預載荷: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?shù)呐ちΠ馐謹Q緊組合件，直至達到各自的屈服點，擰緊扭矩的加載對象應一致，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，承受應力之未旋合螺紋長度≥1D，且伸出螺母之完整螺紋長度應<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實驗最少應持續(xù)48小時，實驗件應每隔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在實驗結束前，應又一次擰緊實驗件，擰緊前應擰退1/2圈，以確認短裂是否發(fā)生在螺紋旋合部件實驗評估:實驗結束后，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，因此應適當使用設備，以免傷害發(fā)生。

2、螺栓、螺釘、螺柱或螺母試樣在實驗前應進行潤滑，以提高實驗的可靠性。

3、本實驗的靈敏度應取決于實驗的開始時間 ，所以最好在制造結束后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。