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金属材料的腐蚀种类有哪些?【3】

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发表于 2018-4-15 15:06:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 晓昀 于 2018-4-15 15:10 编辑

6、氢腐蚀
氢腐蚀,也称氢脆,或者氢损伤。指金属材料因吸收氢而导致塑性降低,性能恶化的现象。
氢会导致多种形式的材料失效,使其微观结构及组织变化,引起材料性能的下降,如导致材料的脆性开裂(产生裂纹)、氢鼓泡、断裂(氢脆),降低材料的疲劳寿命,降低蠕变抗力,产生氢化物。最常见的是导致构件脆性断裂,这种脆性断裂通常是突然发生的,习惯上称为氢脆。
              

      

氢腐蚀机理:
高温高压条件下,侵入钢中中的氢与钢中的渗碳体(Fe3C)及不稳定碳化物析出的碳发生化学反应生成甲烷, 使金属材料脱碳,导致钢材破裂的现象,称为氢腐蚀。即
2H2+Fe3C→3Fe+CH4
C+2H2→H4或C+4H→CH4
生成甲烷的化学反应在晶界上进行,它在钢中的扩散能力很小,没有能力从钢材中扩散出去,在钢材缺陷部位聚集,在孔穴处生长且连接起来,形成局部高压,造成应力集中,导致微观孔隙发展,以致成内部裂纹,使使钢材强度和延性显著降低,最后导致材料破裂。氢使不是突然发生的,先要径过一段孕育期,在此期间钢材性能无明显变化,然后才发展成氢腐蚀。氢离蚀一日发生,便无注消除,是不可逆的。
影响氢腐蚀敏感性最关键的因素是钢材的化学成分、操作温度、暴露期间的氢分压和应力水平。
氢腐蚀发生的两个阶段
钢材发生氢腐蚀有两个阶段,即氢脆和氢浸蚀阶段。开始时,钢内部吸附的氢并未与钢材的组分发生任何化学变化,也没有改变钢材的组织状态,只是钢材吸附了氢,钢材变脆了,韧性降低了,这是氢脆阶段(暂时的氢脆是可逆的);当浸入到钢材内部的氢与钢材中不稳定的碳化物发生反应生成甲烷使钢材脱碳、鼓包、开裂到钢材的强度和韧性大大降低,这是氢浸蚀阶段(产生永久脆化,不可逆)。
产生氢腐蚀的的场合
(1)比如,酸洗、电解或腐烛反应产生的氢,金属凝固后内部残存的氢,以及介质环境中的氢都有可能被金属材料吸收而扩散至内部引起氢脆。
(2)高强度焊接结构钢焊接时极易发生延迟裂纹,也与氢致开裂有关。(高温氢腐蚀)
(3)有色金属钛、锆对氢损伤更为敏感。(敏感元素引起的氢腐蚀)
(4)此外,当今氢能源汽车的充氢站需在70Mpa以上高压下工作,涉及到的储氢容器在常温下也会有氢脆的问题。(高压氢腐蚀)
避免氢腐蚀的措施
(1)、材料选择   选择具有抗氢性能的材料,比如,含有少量钛、铌、钒、铬、钼等能与碳形成强碳化物的低合金钢,都有较好的抗氢腐蚀能力。
比如,石油、石化行业中的临氢容器,选择铬钼钢能够防止高温氢腐蚀。
(2)消氢处理
金属中的氢可以是在设备制造工艺过程中吸收的,如焊接接时氢溶融在液态金属中,冷却后氢即保留在焊缝中。焊接接时的氢可能来自焊接材料吸附的水分,因此,焊材库要求安装去湿机,焊材使用前应严格烘干,并放入保温瓶内;氢亦可能来自施焊环境中的水分,因此在雨雨、雪环境下或当相对湿度大于90%时应采有效的防护措施,否则禁止施焊。
由于氢导致焊接接头的开裂,往往是在焊后几小时至几天内发生,故亦称为延迟裂纹。
焊缝与金属材料中吸收的氢,可以通过后热处理扩散出来。实践证明,只要能及时进行焊后热处理,既可消除过大的焊接应力,亦可使焊接接头中的扩散氢逸出。
并不是所有金属材料焊接时都会产生延迟裂纹,它与材料的强度级别和化学成分有关,只有强度级别和化学成分有关,只有强度级别较高的低合金钢才可能发生这一现象。

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