氫腐蝕，hydrogen attack，是指鋼暴露在高溫、高壓的氫氣環境中，氫原子在設 備表面或滲入鋼內部與不穩定的碳化物發生反應生成甲烷，使鋼脫碳，機械強度受到永久性的破壞。在鋼內部生成的甲烷無法外溢而集聚在鋼內部形成巨大的局部壓力，從而發展為嚴重的鼓包開裂。
基本介紹
- 中文名：氫腐蝕
- 外文名：hydrogen attack
- 分類：氫鼓包、氫脆、氫蝕
- 主要發生：石油加氫、裂解等鋼製裝置中
簡介,階段,原因,分類,氫鼓包,氫脆,氫蝕,
簡介
高溫腐蝕的一種類型。主要發生在石油加氫、裂解等鋼製裝置中。高溫高壓下，氣相中氫以氫原子形式滲入鋼中，與鋼中的碳結合生成甲烷，造成鋼表層脫碳，使強度、塑性降低，嚴重時導致表面鼓泡或開裂。碳鋼的抗氫腐蝕性能隨鋼中碳含量升高而降低；含有少量鈦、鈮、釩、鉬等與碳有較強結合能力的元素的低合金鋼，有較好的抗氫腐蝕能力。
冶煉過程中溶解在鋼水中的氫，在結晶冷凝時沒有能即時逸出而存留在鋼材中；焊接過程中由於水分或油污在高弧高溫下分解出的氫溶解入鋼材中；設備運行過程中，工作介質中的氫進入鋼材中。當鋼中存在氫，而應力大於某一臨界值時，就會發生氫脆斷裂。氫對鋼材的脆化過程是一個微觀裂紋在高應力作用下的擴展過程。脆斷應力可低達屈服極限的20%。鋼材的強度愈高(所承受的應力愈大)，對氫脆愈敏感。容器中的應力水平，包括工作應力及殘餘應力是導致氫脆很重要的因素。氫脆是一種延遲斷裂，斷裂遲延的時間可以僅幾分鐘，也可能幾天。
階段
鋼材發生氫腐蝕有兩個階段即氫脆階段和氫浸蝕階段。剛開始時，鋼內部吸附的氫並未與鋼材的組分發生任何化學變化，也沒有改變鋼材的組織狀態，只是鋼材吸附了氫，鋼材變脆了，韌性降低了，此階段稱為氫脆階段（暫時的氫脆是可逆的）；當浸入到鋼材內部的氫與鋼材中不穩定的碳化物發生反應生成甲烷使鋼材脫碳、鼓包、開裂到鋼材的強度和韌性大大降低，這個階段稱為氫浸蝕階段（產生永久脆化，不可逆）。
原因
鋼材發生氫腐蝕的原因有許多，所選擇的鋼材本身防止氫滲入的性能不好、選擇金屬鍍覆工藝不當使氫滲入或“消氫”，工藝不完善是其主要原因。
分類
氫腐蝕分為.氫鼓包、氫脆、氫蝕。
氫鼓包
定義：氫原子擴散到金屬內部（大部分通過器壁），在另一側結合為氫分子逸出。如果氫原子擴散到鋼內空穴，並在該處結合成氫分子，由於氫分子不能擴散，就會積累形成巨大內壓，引起鋼材表面鼓包甚至破裂的現象稱為氫鼓包。低強鋼，尤其是含大量非金屬夾雜物的鋼，最容易發生氫鼓包。產生氫鼓包的腐蝕環境：介質中通常含有硫化氫、或者砷化合物、或者氰化物、或者含磷離子等毒素。這些介質阻止了放氫反應。
預防措施：消除毒素介質；如果不能消除，選用空穴少的鎮靜鋼，也可採用對氫滲透低的奧氏體不鏽鋼。或者採用鎳襯裡、襯橡膠襯裡、塑膠保護層、玻璃鋼襯裡等；有時加入緩蝕劑。
體心立方晶格的緻密度為0.68（即晶格中有68%的體積被原子所占據，其餘為空隙），配位數為8（配位數越大，原子排列越緊密，空隙越小）；面心立方晶格和密排六方晶格的緻密度為0.74，配位數為12。
氫脆
氫蝕
定義：在高溫高壓環境下，氫進入金屬內與一種組分或元素產生化學反應使金屬破壞，稱為氫蝕。如在200℃以上氫進入低強鋼內與碳化物反應生成甲烷氣體，這種氣體占有很大體積使金屬內產生小裂縫及空穴，從而使鋼變脆，在很小的形變下即破裂。這種破裂沒有任何先兆，是非常危險的。預防措施：選用抗氫鋼。可選用16MnR（HIC）、15CrMoR（相當於1Cr-0.5Mo）、14Cr1MoR（相當於1.25Cr-0.5Mo）、2Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V等。抗氫鋼中的Cr和Mo能形成穩定的碳化物，這樣就減少了氫與碳結合的機會，避免了甲烷氣體的產生。
其實氫腐蝕從理論上分成三種，而實際中三種腐蝕幾乎同時存在。所以遇到氫腐蝕環境（臨氫環境）的設備一般按納爾遜曲線進行選材，並要引起高度重視。
