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散，擴散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學反應，生成甲烷氣泡（它包含甲烷的成核過程和成長），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，造成應力集中，使晶界變寬，并發(fā)展成為裂紋，開始時是很微小的，但到后期，無數(shù)裂紋相連，引起鋼

2、的強度、延性和韌性下降與同時發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化現(xiàn)象是發(fā)生化學反應的結(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)部脫碳是由于氫擴散侵入到鋼中發(fā)生反應生成甲烷，而甲烷又不能擴散到鋼外，就聚集于晶界

3、或夾雜物附近。形成了很高的局部應力，使鋼產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓包，其力學性能發(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、氫的分壓和接觸時間。溫度越高或者壓力越大發(fā)生高溫氫腐蝕的起始時間越早。氫分壓8.0MPa是個分界線，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℃是個臨界點，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——氫分壓，MPaT－溫度，K從式中可看出，溫度對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2.25Cr－1Mo剛的研究已發(fā)現(xiàn)，錫、銻會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^程對鋼的氫腐蝕性能也有影響。對于淬火狀態(tài)，只需很短時間加熱就出現(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，另外對于在氫環(huán)境下使用的鉻鉬鋼設備，施行焊后熱處理同樣具有提高抗氫腐蝕能力的效果。曾有試試驗證明，2.25Cr－1Mo鋼焊縫若不進行熱處理的話，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鋼材受的熱應力。在高溫氫氣中

6、蠕變強度會下降，特別是由于二次應力（如熱應力或由冷加工所引起的應力）的存在會加速高溫氫腐蝕。當沒有變形時，鋼材具有較長的“孕育期”，隨著冷變形量增大，“孕育期”逐漸縮短，當變形量達到39％時，則在任何試驗條件下都無“孕育期”，只要暴露在此條件的氫氣中，裂紋立刻就發(fā)生。因此對于臨氫壓力容器的受壓元件，應重視采用熱處理消除殘余應力；⑤不銹鋼復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散系數(shù)不同，因此完整冶金結(jié)合的奧氏

7、體不銹鋼復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，稱為應力腐蝕。產(chǎn)生腐蝕應力的原因，首先是由于內(nèi)應力使鋼材增加了內(nèi)能，處于應力狀態(tài)下的鋼材的鋼材穩(wěn)定性必然會下降，從而降低了電極電位，內(nèi)應力愈大，化學穩(wěn)定性愈差，電極電位愈低。所以，應力大的區(qū)域成為陽極，其次應力（特別是表示拉應力）破壞了金屬表面的保護膜，保護膜破壞后形成裂縫，裂縫就成為陽極，其他無應力區(qū)域成為陰極，成為腐蝕電池，加速腐蝕。奧氏體不銹鋼對

8、應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。防止應力腐蝕的方法：①利用熱處理消除焊接和冷加工的殘余應力，以及進行穩(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，焊接時用超低碳或含鈮的焊條進行焊接。5.奧氏體不銹鋼的連多硫酸腐蝕機理連多硫酸應力腐蝕開裂的特征應力腐蝕開裂是某一金屬（鋼材）在拉應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。奧氏體不銹鋼對于硫化物應力腐蝕開裂是比較敏感

10、的。連多硫酸（H2SxO6，x=3~6）引起的應力腐蝕開裂也屬于硫化物應力腐蝕開裂，一般為晶間裂紋。當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備檢修時，設備和管線內(nèi)部與濕空氣接觸。鐵鉻硫化物于氺和氧發(fā)生化學反應，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)生硫化物應力腐蝕開裂多有見到。連多硫酸應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措施:①