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影響氫脆的外部因素：壓力、溫度、其他介質…

2020-12-07 13:08:45 作者：百若來源：設備管理與防腐分享至：

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之前我們介紹了材料本身因素對氫脆的影響：強度、金相、晶粒度、化學成分…是如何影響鋼的抗氫脆性能的？

一、氫壓的影響

氫在鋼中的溶解度正比于氫氣壓力的平方根。氫是沿著應力梯度擴散的，在較大的范圍內向最大應力區富集。而最大應力區通常位于裂紋、夾雜、空隙等缺陷部位，在應力作用下缺口前端通常會產生局部塑性變形，使位錯密度增大，氫又受到高密度位錯的捕獲而積聚在缺口前端的局部塑性變形區。因此，缺口前端塑性變形區就會出現2個氫富集峰，即應力致氫富集峰和位錯致氫富集峰。

所以，氫氣壓力升高致使鋼中的氫平均質量分數增大，應力集中和缺陷的存在又使得缺口前端的塑性變形區局部氫質量分數上升，增大了氫脆的敏感性。

二、其他介質的影響

如果H2中存在O2，則氫的滲透性和溶解度就會下降。這是因為O2對Fe的親和力比H2大，吸附熱也比H2高，因而O2在鋼表面的吸附能力比H2強。另外，氧分子的吸附是一種多層吸附，它在鋼表面形成一層氧化膜，阻止氫分子吸附到鋼表面。在氫氣中能起到類似作用的氣體還有SO2、CO、CS2、CO2等在鋼表面吸附能力強的氣體。

H2S在氫氣中的作用與前述介質O2等正好相反，它能加速鋼對氫的吸附及HIC擴展。研究表明，H2S對鋼的作用類似于陽極溶解，它破壞了鋼表面的鈍化層（例如氧化膜），并且掃描電鏡顯示鋼表面在H2S的作用下變得粗糙。另外，H2S能抑制氫原子在去鈍化表面上的結合反應，因而使大部分氫原子進入金屬內部。

三、溫度的影響

溫度的變化會影響氫在金屬表面的吸附、溶解以及在金屬中的擴散。溫度較低時，氫在金屬中的活性降低，氫脆現象緩解或消失。溫度較高時，氫難以在缺陷部位聚集，氫脆現象亦緩解或消失。當高溫與高氫分壓并存時將引起另外一種氫損傷現象——氫蝕。

四、應變速率的影響

在慢拉伸過程中，從環境中進入金屬內部的氫通過應力誘導擴散而富集在缺陷等應力集中部位，達到臨界值后才會導致裂紋形核和擴展，從而使延伸率或斷裂應力降低。

而在快拉伸過程中，應變速率較高，當缺陷部位的局部氫質量分數小于臨界氫質量分數時試樣就已經被拉斷，顯示不出氫致塑性損失。

因此，設計測試材料氫脆敏感性的試驗時，應考慮試驗條件下應變速率與服役條件下應變速率差異對試驗結果和評價結論的影響。

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