氫致?lián)p傷(二)

氫鼓泡是低強(qiáng)度鋼或容器在H2S水溶液或濕H2S中有應(yīng)力或無(wú)應(yīng)力作用下,由于H2S分解產(chǎn)生的氫原子進(jìn)入鋼中,擴(kuò)散到缺陷處形成氫分子,產(chǎn)生很高的壓力,導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。裂紋平行于軋制面,在接近表面處形成鼓泡。在含硫的油氣管線、儲(chǔ)罐、煉制設(shè)備及煤的汽化設(shè)備中常見氫鼓泡誘發(fā)的開裂現(xiàn)象。鋼中存在扁平狀或長(zhǎng)條狀MnS夾雜物等易成為裂紋源,產(chǎn)生氫鼓泡時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備破損或物料泄漏。氫鼓泡是在室溫下出現(xiàn)的,提高或降低溫度能減少開裂傾向。鋼中含有少量Cu(0.2wt%～0.3wt%)時(shí)能顯著減少開裂,加入少量Cr、V、Mo、Nb、Ti等元素時(shí)可改善鋼的力學(xué)性能,提高對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻力。另外,經(jīng)淬火回火處理的鋼筆正火態(tài)可減少氫誘發(fā)開裂的危險(xiǎn)。

氫脆一般發(fā)生在屈服強(qiáng)度大于620 MPa的高強(qiáng)度鋼及Ti、Ta等高強(qiáng)度材料中。氫對(duì)材料的伸長(zhǎng)率及斷面收縮率有顯著影響,但對(duì)屈服強(qiáng)度影響不大。氫對(duì)低強(qiáng)度鋼的影響不僅在于降低塑性,也降低斷裂應(yīng)力(σF)。氫脆的特點(diǎn)主要有:①延遲破壞。材料在靜載荷作用下,裂紋萌生,低速擴(kuò)展,失穩(wěn)斷裂。②氫脆裂紋擴(kuò)展是不連續(xù)的,在裂紋擴(kuò)展過程中有氫析出。③氫 脆斷口沒有明顯特征,斷口形貌與應(yīng)力強(qiáng)度因子KI及氫含量有關(guān),高KI時(shí)可能是韌窩形斷口,低KI時(shí)是沿晶斷口,中等KI時(shí)是解理或準(zhǔn)解理斷口。另外,氫脆本身不是一種獨(dú)立的斷裂機(jī)制,氫的存在往往有助于某種機(jī)制的斷裂,斷裂方式可能是穿晶的,也可能是沿晶的,一般情況下,鋼材在環(huán)境介質(zhì)的作用下吸收氫將產(chǎn)生沿晶脆性斷裂,而在冶金過程作用下吸收氫將產(chǎn)生穿晶脆性斷裂。影響氫脆的因素主要有:①隨著氫含量增加,鋼的塑性急劇下降,臨界應(yīng)力也降低。②氫脆與溫度有關(guān),一般認(rèn)為鋼的氫脆發(fā)生在-100～150 ℃,以室溫附近(-30～30℃)最嚴(yán)重。③溶液的pH值越低時(shí)越容易產(chǎn)生氫脆,溶液中存在Cl-時(shí)加速氫脆。④應(yīng)力集中程度越大,越容易產(chǎn)生氫脆,應(yīng)變速率越慢,氫脆敏感性越大。沖擊和拉伸試驗(yàn)不能顯示出材料對(duì)氫脆的敏感性。⑤材料的成分、組織及力學(xué)性能與氫脆有關(guān),鋼中含P、As、Sb、Si、S、Mn等元素促進(jìn)氫脆的產(chǎn)生,鋼的強(qiáng)度越高,氫脆敏感性越大。