金屬設(shè)備，尤其是鋼材，在含濕硫化氫環(huán)境中使用時腐蝕較為嚴重。硫化氫不僅可以腐蝕材料表面，還能促使鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，使其性能下降，從而造成重大的經(jīng)濟損失以及人身安全事故，因此，硫化氫對鋼材腐蝕的研究較為廣泛。從硫化氫對鋼材的腐蝕類型、腐蝕機理、影響硫化氫腐蝕的主要因素三個方面進行簡單概述，并對硫化氫環(huán)境中服役的鋼質(zhì)設(shè)備提出合理的防護措施，能在一定程度上減緩腐蝕的危害，使得材料壽命增加，設(shè)備安全運行得到保障。

鋼材在含濕硫化氫環(huán)境中使用時腐蝕較為嚴重，主要是硫化氫易溶于水，是一種弱酸性污染性氣體，在濕潤環(huán)境中，易電離，增大了水膜的導電性，加快電化學反應速率。此外硫化氫不僅能使鋼材發(fā)生全面腐蝕，還能使其發(fā)生局部腐蝕。如氫致開裂、應力腐蝕開裂等局部腐蝕的裂紋在金屬內(nèi)部萌生，往往內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，外部卻很難看出，故這些腐蝕引起的事故是突發(fā)的，具有災難性的，嚴重威脅人身安全2]。因此，大氣中的硫化氫的相關(guān)研究一直是熱點，本文從硫化氫對鋼材的腐蝕機理、影響硫化氫腐蝕的主要因素以及大氣中硫化氫主要的采集分析方法三個方面進行簡單概述，并對硫化氫環(huán)境中服役的鋼制設(shè)備提出一定的防護措施，能在一定程度上減緩腐蝕的危害，使得材料壽命增加，設(shè)備安全運行得到保障，具有一定的意義。

1 硫化氫對鋼的腐蝕開裂類型以及對應機理

硫化氫除了導致全面腐蝕外，還可以引起由于滲氫有關(guān)的腐蝕失效。一般認為，濕的硫化氫引起的鋼材開裂主要有四種類型，氫鼓泡、氫致開裂、應力腐蝕開裂以及應力導向氫致開裂。

1.1 氫鼓泡（HB）

硫化氫腐蝕鋼材的過程中，表面產(chǎn)生一定濃度的氫原子，一部分以氫分子形式逸出，而另一部分向鋼材內(nèi)部滲透，在鋼材內(nèi)部的缺陷（如氣孔、夾雜、分層等）處聚集，形成氫分子，而氫分子較大，很難從鋼組織內(nèi)部溢出。隨著氫分子的累積，使得鋼材內(nèi)部壓力升高，當壓力增大到一定程度時，局部發(fā)生塑性變形，形成表面層下的平行于鋼材表面的鼓泡，稱為氫鼓泡。圖1a 表示氫鼓泡的機理是氫原子在金屬內(nèi)誘導了大量的空位，大量的空位和氫原子聚集成氫空位團簇，內(nèi)部的氫原子成為穩(wěn)定簇的氫分子（圖1b）。隨著空位和氫原子的進入，內(nèi)部壓力增大，在氫團簇鍵能和氫分子壓力的共同作用下，超富集空位向團簇擴散，也就是氫泡核，通過與空位結(jié)合而不斷生長（圖1c）。當長到臨界尺寸時，應力集中，此時，內(nèi)部應力與氫原子結(jié)合力相當，而氫原子的結(jié)合力受氫分子影響而減小，內(nèi)部壓力變化，產(chǎn)生裂紋（圖1d）。氫鼓泡的機理與氫致開裂機理相同，區(qū)別在于氫鼓泡發(fā)生在試樣表面，而氫致開裂發(fā)生在試樣內(nèi)部，涉及機理方程見氫致開裂型機理。

圖1 氫鼓泡在金屬內(nèi)部形成過程

1.2 氫致開裂（HIC）

酸性環(huán)境中因滲透腐蝕生成的H 原子使鋼材內(nèi)部產(chǎn)生的裂紋稱為氫致開裂。如果在濕硫化氫環(huán)境中的材料處于無應力或不具備拉應力狀態(tài)，且氫分子的壓力超過材料的起裂條件，就會造成裂紋的擴展。當H 原子進入鋼內(nèi)部深處時，在夾雜物和偏析帶附近就會形成臺階狀的裂紋，平行于材料的表面，此時形成

的裂紋就是氫致開裂（HIC）

氫致開裂（HIC）發(fā)生以下三個步驟。1）氫原子在鋼表面形成和從表面進入鋼材內(nèi)部；2）氫原子在鋼基體中擴散；3）氫原子在缺陷處富集，內(nèi)部壓力增加，從而導致裂紋萌生和擴展。硫化氫在水中易發(fā)生電離，方程如下：

H2S→ H⁺＋ HS^-

HS^-→ S^2- + H⁺

氫致開裂主要是由于金屬內(nèi)部滲氫而引起的氫

脆開裂，機理如下：

Fe + HS^-→ Fe（HS^- ）ads

Fe（HS^- ）ads + H3O⁺→ Fe（H-S-H）ads + H₂O

Fe（H-S-H）ads+e→ Fe（HS^- ）ads + Hads

1.3 硫化氫應力腐蝕開裂（SSCC）

應力腐蝕開裂主要分為兩種：氫致開裂型和陽極溶解型。鋼材在硫化氫環(huán)境下的腐蝕行為及腐蝕機理研究較為廣泛。大多數(shù)人認為硫化氫對不銹鋼腐蝕引起的應力腐蝕開裂屬于氫脆型，這種應力腐蝕主要是由于陽極析出的氫原子在硫離子的毒化下滲透進入

金屬材料內(nèi)部，并在某些部位富集，溶解于晶格中，引起內(nèi)部變形，隨著形變增大，裂紋產(chǎn)生，在外加應力或內(nèi)部殘余應力的作用下，裂紋擴展，直至斷裂，機理同氫致腐蝕機理。

1.4 應力導向氫致開裂（SOHIC）

應力導向氫致開裂是沿著厚度方向的一系列氫致開裂裂紋組成的，其擴展方向與外加應力或殘余應力垂直。主要發(fā)生在高應力集中區(qū)域。應力導向氫致開裂，機理較為復雜，起初被認為是硫化物應力開裂的另一種形式，但也有人認為是氫致開裂的特殊類型。后來有研究者發(fā)現(xiàn)，應力導向氫致開裂既有氫致開裂特征，又有硫化物應力腐蝕開裂特征，認為其機理是氫致開裂與硫化物應力腐蝕開裂的結(jié)合。

2 影響硫化氫腐蝕的主要因素

2.1 濕度

研究發(fā)現(xiàn)，影響硫化氫腐蝕的首要因素為濕度。干燥環(huán)境下，硫化氫對鋼材腐蝕效果不明顯；而濕潤環(huán)境中，硫化氫在水中易電離，增大了水的導電性和酸性，促進電化學腐蝕發(fā)生。

2.2 溫度

溫度也是影響硫化氫腐蝕的重要因素，主要是由于溫度升高，電解質(zhì)中的極化電阻變小，腐蝕電流密度上升，腐蝕加劇。

2.3 pH

pH 對硫化氫的腐蝕也具有較大影響，研究表明當pH 較低時，氫原子擴散速率較快，促進金屬腐蝕；而pH 較高時，氫原子濃度較低，擴散速率變慢，腐蝕也相對減小。另外，有人認為pH 可以影響硫化氫腐蝕類型。pH≤6 時，金屬易發(fā)生硫化物應力腐蝕；而當pH>9 時，金屬較少發(fā)生硫化物應力腐蝕。主要是由于pH 處于酸性范圍時，溶液中主要是H2S，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物對金屬無保護性；而當pH 處于堿性范圍時，溶液中以S2?為主，生成的腐蝕產(chǎn)物對金屬有保護作用；pH 在中性范圍時，溶液中主要是HS?。不同物質(zhì)對氫滲透促進效果次序為：H2S>HS?>S2?，而氫滲透影響著硫化氫腐蝕機理

2.4 其他腐蝕性介質(zhì)

研究發(fā)現(xiàn)，含有其他腐蝕性介質(zhì)，如氯離子、二氧化碳、二氧化硫時，能促進硫化氫的腐蝕效果，增加鋼材應力腐蝕開裂的可能性。

2.5 硫化氫接觸時間

研究表明，當硫化氫濃度一定時，鋼材與硫化氫接觸時間越久，腐蝕越嚴重

2.6 硫化氫濃度

環(huán)境中硫化氫濃度也是極為重要的腐蝕影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，硫化氫濃度越高，鋼材脆斷特征越明顯，應力腐蝕敏感性越大。

3 防護措施

濕硫化氫對鋼材危害極大，因此對鋼材設(shè)備建議的防護措施如下。

3.1 控制溫度、濕度

由于溫度、濕度對硫化氫腐蝕影響較大，因此首要措施是控制環(huán)境中的溫濕度。常用的除濕方式，比如使用除濕機，可有效、持久保持室內(nèi)干燥，一些密閉空間也可使用除濕盒、除濕袋等，盡可能保持環(huán)境干燥，因為干燥的環(huán)境減小了金屬設(shè)備發(fā)生電化學腐蝕的可能性。合理控制環(huán)境溫度，因為溫度越高，分子活性越高，而設(shè)備在運行過程中也會釋放出熱量，加速腐蝕反應速率，因此需要使環(huán)境中運行的設(shè)備具有較好的散熱系統(tǒng)，環(huán)境通風，或有專門的利于設(shè)備散熱的體系，減緩腐蝕發(fā)生的速率。

3.2 優(yōu)化材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，選擇材料時盡可能選擇分組均勻、晶粒細密且缺陷少的，因為腐蝕易發(fā)生在缺陷處，材料斷裂失效也是從雜質(zhì)或缺陷處萌生的。其次，保證材料性能的同時，選擇最佳組分的材料。

3.3 表面處理技術(shù)

涂刷涂料，非金屬覆蓋層涂漆是最常見、最直觀的一種防腐蝕方法，如一些外部裸露部位，可涂刷涂料，避免鋼材表面與環(huán)境中空氣直接接觸，從而達到防腐防銹的效果。為達到良好的防腐目的，除對漆本身的性能有嚴格要求外，還得對涂漆對象的材質(zhì)、形狀、表面狀態(tài)及使用條件等充分了解。

鍍耐硫化氫腐蝕鍍層，選擇合適的表面處理技術(shù)能夠延長材料的使用壽命，就表面處理方式而言，金屬覆蓋層是較好的選擇，包括電鍍、化學鍍和熱噴涂等。

3.4 氣相防銹技術(shù)

對于密閉環(huán)境，且其內(nèi)部不適合涂鍍時，可采用氣相防銹技術(shù)來達到防腐效果。該技術(shù)是一種利用在常溫下能自動揮發(fā)出緩蝕性氣體，在金屬表面形成一層致密的保護膜，阻止腐蝕性介質(zhì)直接與金屬表面接觸而防腐的方法。由于緩蝕性分子是氣體，滲透性較強，不管金屬制品結(jié)構(gòu)多么復雜，均可以進行防護。另外氣相防銹技術(shù)結(jié)合除濕效果更佳。

3.5 加設(shè)通風管道或空氣凈化

通風不僅能阻止污染物累積，還能達到良好的散熱效果，對硫化氫含量較高，其他方法保護效果不佳時，可采用通風管道等設(shè)備，加強通風。