[科普中国]-氢鼓泡

氢鼓泡原理

硫化氢是一种弱的酸性电解质，在pH值等于1～5的水溶液中主要以分子态的硫化氢形式存在。研究表明H2S是比HS-、S2-更为有效的毒化剂，在表面发生下列反应：

为氢渗入钢中创造条件。进人钢中的氢原子通过扩散到达缺陷处，并析出成氢分子，氢分子积聚产生很高压力。实验证明，非金属夹杂物是裂纹主要形核位置，特别是Ⅱ型MnS夹杂，它与基体膨胀系数不同，热轧过程中变成扁平状，夹杂与基体界面存在孔隙，可视为二维缺陷。氢原子往往在其端部聚积，并由此引发裂纹?氢诱发开裂的机构示意图见图1。

此外，硅酸盐、串链状氧化铝及较大的碳化物、氮化物也能成为裂纹的起始位置，低碳钢主要是珠光体一铁素体组织，裂纹往往沿着Mn、P偏析造成的低温转变的反常组织（马氏体或贝氏体）或带状珠光体扩展，造成氢诱发开裂。1

影响氢鼓泡的因素首先是介质的影响。随H2S的酸性水溶液pH值降低，裂纹发生率增大，随H2S浓度增大，出现裂纹倾向增大。Cl-的存在，影响电极反应过程，促进氢的渗透。故试验室试验通常用5%NaCl+0.5HAc的饱和H2S溶液检查材料的抗氢诱发开裂性能。

其次是温度的影响。因氢鼓泡主要在室温下出现，提高或降低温度可减少开裂倾向。油、气管线如在60～200℃工作，一般不发生这种破坏。

另外降低钢中硫化物夹杂的数量，尤其MnS夹杂可改善其氢鼓泡的敏感性。钢中加入0.2%一0.3%Cu由于抑制表面反应可减少氢诱发开裂。加入少量Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素可改善钢的力学性能，提高基体对裂纹扩展阻力。

氢鼓泡防止方法除去环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢反应的成分最为有效；也可选用无空穴的镇静钢以代替有众多空穴的沸腾钢。此外，可采用氢不易渗透的奥氏体不锈钢或镍的衬里，或橡胶、塑料、瓷砖衬里，加入缓蚀剂等。2