[科普中国]-氢蚀

氢蚀来源

（1）由工艺环境和金属发生化学反应（腐蚀或阴极保护反应），在金属表面释放出新生态原子氢。

（2）由工艺反应释放的新生态原子氢，如催化脱硫。

（3）分子态氢气，在压力下在容器金属表面上发生解离。1

损伤类型氢蚀的损伤有以下三种类型。伴随脆裂的内部应力仅在操作期间暂时存在。原子氢渗入金属品格后会发生脆裂，一旦消除了扩散氢的来源，延展性就会恢复。但是一旦氢原子在亚微的和较大的空隙中相结合成为被抓住的分子，这种脆裂就变成了永久性的，在极端情况下，会造成足够的应力，导致表面开裂。1

起疱和造成其他形式的局部屈服扩散的原子氢在所有空隙中结合成分了氢气体，直至造成局部弯曲或断裂。这些空隙包括了：叠层，渣坑处，铸件中的缩孔，双套管中没有排净气体的环隙，未排净气体的金属，塑料或陶瓷衬里，部分渗透明焊件中未排净气体的空隙以及焊件中表面下开裂处。1

脱碳和开裂在一定条件下扩散的氢在钢材中与铁碳化物中的碳反应，生成甲烷，这些条件是氢气分压要超过100psia，温度依氢分压的不同为430℉以上到675℉。反应发生在金属表面，逐渐向内发展，在金属表面和表面下发生脱碳反应，在空隙和晶粒边界气体积累，最后导致表面下开裂。1

氢气损伤的条件氢气损伤的条件在含有水相（湿）条件下，只会发生上面介绍的前两种形式的损伤I。当容器型设备的腐蚀起源于扩散的氢时，高强度、高应力部件，诸如气体压缩机中的碳钢或低合金钢叶片，换热器浮头的螺栓，阀门内件和安全阀的弹簧等，对于脆裂便特别敏感。然而，经验证明，如果屈服强度最大限制在90000psig，且工作应力限制在屈服强度的80%，这样可以将开裂损伤降到最低。焊接处和其热影响区要将应力消除，硬度要限制在Rockwell C22以下，且应去除硬点、渣坑、保持无表面下和表面开裂以及其他空隙。

由ASTM-A302、A212和T-1钢测试查明，对于无切口的样品，在较高压力条件下氢对最终拉伸强度没有明显的影响；但是对于有切口的样品，最终拉伸强度的损失高达59%，在制造这类容器时，要采用特别雕质量控制手段，以最大程度地减小切口的影响，其设计的压力要比存贮惰性气体的安全压力低30%～50%。最安全的方式似乎是在这样的容器中采用经过排气的全素氏体不锈钢衬套，对子不能加衬套的地方，采用奥氏饰不锈钢辅助件。

对于水相临氢设施，首选使用细晶粒的、完全脱氧的碳钢（如ASTM-A516板材）不是很合适。这是由于这些优质等级的材料和那些低等级材料一样容易受到脆裂和表面下破裂的困扰。在没有起疱的情况下，这种脆裂不易分辨。虽然低等级材料可能会起疱，但是这种起疱现象起到自身预警作用，告诫要采用合适的措施来保护设备防止氢蚀损伤。

如果腐蚀是扩散氢的来源，必须消除这些活性氢能阻止氢扩散进入金属。为此可以采用清除腐蚀源的办法，或者清除工艺物流中会“毒化”受腐蚀的金属表面化学物质，即消除在被腐蚀的金属表面上化合成分f氧的化学物质，因为分子氧不能进入金属内部。

使用耐腐屏障和（或）合金，可以消除腐蚀。当消除“毒化剂”的措雕不可行或无效时，这便成为主要。

硅石衬里（一份矾七水泥和置份细的火泥）覆盖在张开的钢丝网上，其次在一定程度上，塑料涂层业已成功地用于pH值大于7.0的生产操作中。

奥氏体带型或片型衬套以及用冶金方法复合的复合金属已经广泛应用，通常适用于最苛刻的操作条件。对于一些小的部件．如安全阀的弹簧，据报导表面渗铝也能有效地防止氧脆问题。

化合物中诸如硫化氢和氰化物是会发生水相氢损伤的工艺装备中出现的最普通的金属表面“毒化剂”。在许多工艺装备中，可通过由加入多硫化铵和氧气于工艺物流中，将上述这些化合物转化成多硫化物和硫氰化物。且保持溶液处于碱性一侧，由此，有效地消除这些化合物而使氢气扩散停止。

非水状态（干燥）较高温氢蚀可产生如前所述之三种损害情况。因为钢材中之铁碳化物失去它们的碳形成甲烷的温度和压力条件，比起钼、铬和其他某些合金元素的碳化物来，均要来得低，通过把钢材中的碳含量与愈是离百分比的合金元素结合起来，便可相应地容许愈是高的操作温度和氢分压。全奥氏体不锈钢可满足全部操作温度之所需。

碳钢和低合金钢的脱碳和破裂是随时间积累的，并且从实际应用考虑是不可逆的，为了避免这种形式的关效，最低限度是必须严格遵循Ndson曲线的限制。用于制造管子和铸件的合适低合金钢板材包括：ASTM-A204-A、B、C，和A387-A、B、C、D和E以及类似的合金材料。参照Nelson曲线，根据物流温度和氢分压，具体选取材质。

基材为碳钢或低合金钢的不锈钢复合材料可用于防腐目的，特别是用于含有高溢氢的场所。但这又造成了另外的危险，即在轧制复合板过程中，有的点没有贴实而造成空隙；在容器进行热处理以最终释放应力时复合板对应力腐蚀破裂很敏感；由于热膨胀的不同，复合板结合处易裂。因此，对于含高温氢气的压力容器，在钢材生产和设备制造过程中严格控制质量是极其重要的，在生产操作中，要经常地、全面地进行维修检查。1

氢蚀失效氢实际上会对所有的金属和合金产生有害的影响。这些影响的严重性对于不同类别的合金各不相同，而在任何一个类别内的差别则取决下合金的强度、化学成分、杂质含量和显微组织。对于任何一种有上述全部参数特定值的合金，其有害影响将按照包括温度、氢的热力势和它的动力学条件能否满足、合金的应力状态和合金的形变速率等因数而变化。2