影响氢脆的外部因素：压力、温度、其他介质…

2020-12-07 13:08:45 作者：百若来源：设备管理与防腐分享至：

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之前我们介绍了材料本身因素对氢脆的影响：强度、金相、晶粒度、化学成分…是如何影响钢的抗氢脆性能的？

一、氢压的影响

氢在钢中的溶解度正比于氢气压力的平方根。氢是沿着应力梯度扩散的，在较大的范围内向最大应力区富集。而最大应力区通常位于裂纹、夹杂、空隙等缺陷部位，在应力作用下缺口前端通常会产生局部塑性变形，使位错密度增大，氢又受到高密度位错的捕获而积聚在缺口前端的局部塑性变形区。因此，缺口前端塑性变形区就会出现2个氢富集峰，即应力致氢富集峰和位错致氢富集峰。

所以，氢气压力升高致使钢中的氢平均质量分数增大，应力集中和缺陷的存在又使得缺口前端的塑性变形区局部氢质量分数上升，增大了氢脆的敏感性。

二、其他介质的影响

如果H2中存在O2，则氢的渗透性和溶解度就会下降。这是因为O2对Fe的亲和力比H2大，吸附热也比H2高，因而O2在钢表面的吸附能力比H2强。另外，氧分子的吸附是一种多层吸附，它在钢表面形成一层氧化膜，阻止氢分子吸附到钢表面。在氢气中能起到类似作用的气体还有SO2、CO、CS2、CO2等在钢表面吸附能力强的气体。

H2S在氢气中的作用与前述介质O2等正好相反，它能加速钢对氢的吸附及HIC扩展。研究表明，H2S对钢的作用类似于阳极溶解，它破坏了钢表面的钝化层（例如氧化膜），并且扫描电镜显示钢表面在H2S的作用下变得粗糙。另外，H2S能抑制氢原子在去钝化表面上的结合反应，因而使大部分氢原子进入金属内部。

三、温度的影响

温度的变化会影响氢在金属表面的吸附、溶解以及在金属中的扩散。温度较低时，氢在金属中的活性降低，氢脆现象缓解或消失。温度较高时，氢难以在缺陷部位聚集，氢脆现象亦缓解或消失。当高温与高氢分压并存时将引起另外一种氢损伤现象——氢蚀。

四、应变速率的影响

在慢拉伸过程中，从环境中进入金属内部的氢通过应力诱导扩散而富集在缺陷等应力集中部位，达到临界值后才会导致裂纹形核和扩展，从而使延伸率或断裂应力降低。

而在快拉伸过程中，应变速率较高，当缺陷部位的局部氢质量分数小于临界氢质量分数时试样就已经被拉断，显示不出氢致塑性损失。

因此，设计测试材料氢脆敏感性的试验时，应考虑试验条件下应变速率与服役条件下应变速率差异对试验结果和评价结论的影响。

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