氫腐蝕

1、1.氫腐蝕氫腐蝕是在高溫高壓條件下，分子氫發(fā)生部分分解而變成原子氫或離子氫，并通過金屬晶格和晶界向鋼中擴(kuò)散，擴(kuò)散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷氣泡（它包含甲烷的成核過程和成長(zhǎng)），即Fe3C＋2H2→CH4Fe，并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集，而甲烷在鋼中的擴(kuò)散能力很小，聚積在晶界原有的微觀孔隙（或亞微觀孔隙）內(nèi)，形成局部高壓，造成應(yīng)力集中，使晶界變寬，并發(fā)展成為裂紋，開始時(shí)是很微小的，但到后期，無數(shù)裂紋相連，引起鋼

2、的強(qiáng)度、延性和韌性下降與同時(shí)發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化現(xiàn)象是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所以他具有不可逆的性質(zhì)，也稱永久脆化現(xiàn)象。在高溫高壓氫氣中操作的設(shè)備所發(fā)生的氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳，二是內(nèi)部脫碳。表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，這點(diǎn)與鋼材暴露在空氣、氧氣或二氧化碳等一些氣體所產(chǎn)生的脫碳相似，表面脫碳的影響一般很清，其鋼材的強(qiáng)度和硬度局部有所下降而延性有所提高。內(nèi)部脫碳是由于氫擴(kuò)散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，而甲烷又不能擴(kuò)散到鋼外，就聚集于晶界

3、或夾雜物附近。形成了很高的局部應(yīng)力，使鋼產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓包，其力學(xué)性能發(fā)生了顯化。造成氫腐蝕的因素：造成氫腐蝕的因素：①操作溫度、氫的分壓和接觸時(shí)間。溫度越高或者壓力越大發(fā)生高溫氫腐蝕的起始時(shí)間越早。氫分壓8.0MPa是個(gè)分界線，低于此值影響比較緩和，高于此值影響比較明顯，操作溫度200℃是個(gè)臨界點(diǎn)，高于此溫度鋼材氫腐蝕程度隨介質(zhì)的溫度升高而逐漸加重。氫在鋼中的話濃度可以用下面公式表示：C＝134.9P12exp（－3280T）式中：

4、C－氫濃度P——?dú)浞謮?，MPaT－溫度，K從式中可看出，溫度對(duì)鋼中氫濃度的影響比系統(tǒng)氫分壓更顯著。②鋼材中合金元素的添加情況。在鋼中不能形成穩(wěn)定碳化物的元素（如鎳、銅）對(duì)改善鋼的抗氫腐蝕的性能毫無作用；而在鋼中添加形成很穩(wěn)定碳化物的元素（入鉻、鉬、釩、鈦、鎢等），就可以使碳的活性降低，從而提高鋼材抗氫腐蝕的能力。關(guān)于雜質(zhì)的影響，在針對(duì)2.25Cr－1Mo剛的研究已發(fā)現(xiàn)，錫、銻會(huì)增加甲烷氣泡的密度、大小和生成速率。③加工過程。鋼的抗氫腐蝕

5、性能與鋼的顯微組織也有密切關(guān)系?；鼗疬^程對(duì)鋼的氫腐蝕性能也有影響。對(duì)于淬火狀態(tài)，只需很短時(shí)間加熱就出現(xiàn)了氫腐蝕。但是一施行回火，且回火溫度越高，由于可形成穩(wěn)定的碳化物，抗氫腐蝕性能就得到改善，另外對(duì)于在氫環(huán)境下使用的鉻鉬鋼設(shè)備，施行焊后熱處理同樣具有提高抗氫腐蝕能力的效果。曾有試試驗(yàn)證明，2.25Cr－1Mo鋼焊縫若不進(jìn)行熱處理的話，則發(fā)生氫腐蝕的溫度將比納爾遜（Nelson）曲線表示的溫度低100℃以上。④鋼材受的熱應(yīng)力。在高溫氫氣中

6、蠕變強(qiáng)度會(huì)下降，特別是由于二次應(yīng)力（如熱應(yīng)力或由冷加工所引起的應(yīng)力）的存在會(huì)加速高溫氫腐蝕。當(dāng)沒有變形時(shí)，鋼材具有較長(zhǎng)的“孕育期”，隨著冷變形量增大，“孕育期”逐漸縮短，當(dāng)變形量達(dá)到39％時(shí)，則在任何試驗(yàn)條件下都無“孕育期”，只要暴露在此條件的氫氣中，裂紋立刻就發(fā)生。因此對(duì)于臨氫壓力容器的受壓元件，應(yīng)重視采用熱處理消除殘余應(yīng)力；⑤不銹鋼復(fù)合層和堆焊層的影響，由于氫在奧氏體不銹鋼以及鐵素體鋼中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，因此完整冶金結(jié)合的奧氏

7、體不銹鋼復(fù)合層和堆焊層能降低作用在目材中的氫分壓。如何防止氫腐蝕：如何防止氫腐蝕：用，稱為應(yīng)力腐蝕。產(chǎn)生腐蝕應(yīng)力的原因，首先是由于內(nèi)應(yīng)力使鋼材增加了內(nèi)能，處于應(yīng)力狀態(tài)下的鋼材的鋼材穩(wěn)定性必然會(huì)下降，從而降低了電極電位，內(nèi)應(yīng)力愈大，化學(xué)穩(wěn)定性愈差，電極電位愈低。所以，應(yīng)力大的區(qū)域成為陽極，其次應(yīng)力（特別是表示拉應(yīng)力）破壞了金屬表面的保護(hù)膜，保護(hù)膜破壞后形成裂縫，裂縫就成為陽極，其他無應(yīng)力區(qū)域成為陰極，成為腐蝕電池，加速腐蝕。奧氏體不銹鋼對(duì)

8、應(yīng)力腐蝕是比較敏感的，較易發(fā)生，這可能是和他比較容易產(chǎn)生滑移即孿晶有關(guān)。由于滑移帶和孿晶界應(yīng)力集中，易遭受腐蝕破壞，裂紋一般都是穿晶的，也有在晶間發(fā)生的，由于這種應(yīng)力腐蝕所產(chǎn)生的裂紋呈刀口狀，所以成為“刀口腐蝕”。奧氏體不銹鋼形成刀口腐蝕的原因，除了焊縫有不均勻的的應(yīng)力外，還由于焊縫在焊接后的冷卻過程中，從奧氏體中析出了鉻的碳化物，使晶界貧鉻，刀口腐蝕就發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū)里，而熱影響區(qū)內(nèi)的某一段的溫度很可能就是奧氏體的貧鉻的碳化物出

9、的敏化溫度（450～850℃），這樣就使得晶界貧鉻，發(fā)生晶界裂紋。防止應(yīng)力腐蝕的方法：①利用熱處理消除焊接和冷加工的殘余應(yīng)力，以及進(jìn)行穩(wěn)定化和固溶處理；②采用超低碳（小于0.03％）不銹鋼或用含鈮、鈦穩(wěn)定的不銹鋼，焊接時(shí)用超低碳或含鈮的焊條進(jìn)行焊接。5.奧氏體不銹鋼的連多硫酸腐蝕機(jī)理連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的特征應(yīng)力腐蝕開裂是某一金屬（鋼材）在拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下所發(fā)生的脆性開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼對(duì)于硫化物應(yīng)力腐蝕開裂是比較敏感

10、的。連多硫酸（H2SxO6，x=3~6）引起的應(yīng)力腐蝕開裂也屬于硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，一般為晶間裂紋。當(dāng)煉油裝置停工過程中，系統(tǒng)降溫降壓后，有水氣被冷凝下來或打開設(shè)備檢修時(shí)，設(shè)備和管線內(nèi)部與濕空氣接觸。鐵鉻硫化物于氺和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就有亞硫酸和連多硫酸生產(chǎn)，從而產(chǎn)生腐蝕。在石化工業(yè)裝置中，奧氏體不銹鋼或管道發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂多有見到。連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂在加氫裝置中也都發(fā)生過。防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生連多硫酸腐蝕最好采取以下幾點(diǎn)措施:①