氫蝕

原子氫擴散進金屬的晶格而引起的損傷稱為氫蝕。易受氫蝕影響的金屬有碳鋼、低合金鋼、鐵素體鋼和馬氏體不鏽鋼，甚至在低於常溫以及常壓以下。

基本介紹

• 中文名：氫蝕
• 外文名：Hydrogen corrosion
• 類似腐蝕：氫鼓包、氫脆
• 預防措施：選用抗氫鋼。
• 抗氫材料：抗氫損傷或抗氫脆的金屬材料
• 領域：金屬腐蝕

氫蝕來源

（1）由工藝環境和金屬發生化學反應（腐蝕或陰極保護反應），在金屬表面釋放出新生態原子氫。

（2）由工藝反應釋放的新生態原子氫，如催化脫硫。

（3）分子態氫氣，在壓力下在容器金屬表面上發生解離。

損傷類型

氫蝕的損傷有以下三種類型。伴隨脆裂的內部應力僅在操作期間暫時存在。原子氫滲入金屬品格後會發生脆裂，一旦消除了擴散氫的來源，延展性就會恢復。但是一旦氫原子在亞微的和較大的空隙中相結合成為被抓住的分子，這種脆裂就變成了永久性的，在極端情況下，會造成足夠的應力，導致表面開裂。

起皰和造成其他形式的局部屈服

擴散的原子氫在所有空隙中結合成分了氫氣體，直至造成局部彎曲或斷裂。這些空隙包括了：疊層，渣坑處，鑄件中的縮孔，雙套管中沒有排淨氣體的環隙，未排淨氣體的金屬，塑膠或陶瓷襯裡，部分滲透明焊件中未排淨氣體的空隙以及焊件中表面下開裂處。

脫碳和開裂

在一定條件下擴散的氫在鋼材中與鐵碳化物中的碳反應，生成甲烷，這些條件是氫氣分壓要超過100psia，溫度依氫分壓的不同為430℉以上到675℉。反應發生在金屬表面，逐漸向內發展，在金屬表面和表面下發生脫碳反應，在空隙和晶粒邊界氣體積累，最後導致表面下開裂。

氫氣損傷的條件

氫氣損傷的條件在含有水相（濕）條件下，只會發生上面介紹的前兩種形式的損傷I。當容器型設備的腐蝕起源於擴散的氫時，高強度、高應力部件，諸如氣體壓縮機中的碳鋼或低合金鋼葉片，換熱器浮頭的螺栓，閥門內件和安全閥的彈簧等，對於脆裂便特別敏感。然而，經驗證明，如果屈服強度最大限制在90000psig，且工作應力限制在屈服強度的80%，這樣可以將開裂損傷降到最低。焊接處和其熱影響區要將應力消除，硬度要限制在Rockwell C22以下，且應去除硬點、渣坑、保持無表面下和表面開裂以及其他空隙。

由ASTM-A302、A212和T-1鋼測試查明，對於無切口的樣品，在較高壓力條件下氫對最終拉伸強度沒有明顯的影響；但是對於有切口的樣品，最終拉伸強度的損失高達59%，在製造這類容器時，要採用特別雕質量控制手段，以最大程度地減小切口的影響，其設計的壓力要比存貯惰性氣體的安全壓力低30%～50%。最安全的方式似乎是在這樣的容器中採用經過排氣的全素氏體不鏽鋼襯套，對子不能加襯套的地方，採用奧氏飾不鏽鋼輔助件。

對於水相臨氫設施，首選使用細晶粒的、完全脫氧的碳鋼（如ASTM-A516板材）不是很合適。這是由於這些優質等級的材料和那些低等級材料一樣容易受到脆裂和表面下破裂的困擾。在沒有起皰的情況下，這種脆裂不易分辨。雖然低等級材料可能會起皰，但是這種起皰現象起到自身預警作用，告誡要採用合適的措施來保護設備防止氫蝕損傷。

如果腐蝕是擴散氫的來源，必須消除這些活性氫能阻止氫擴散進入金屬。為此可以採用清除腐蝕源的辦法，或者清除工藝物流中會“毒化”受腐蝕的金屬表面化學物質，即消除在被腐蝕的金屬表面上化合成分f氧的化學物質，因為分子氧不能進入金屬內部。

使用耐腐屏障和（或）合金，可以消除腐蝕。當消除“毒化劑”的措雕不可行或無效時，這便成為主要。

矽石襯裡（一份礬七水泥和置份細的火泥）覆蓋在張開的鋼絲網上，其次在一定程度上，塑膠塗層業已成功地用於pH值大於7.0的生產操作中。

奧氏體帶型或片型襯套以及用冶金方法複合的複合金屬已經廣泛套用，通常適用於最苛刻的操作條件。對於一些小的部件．如安全閥的彈簧，據報導表面滲鋁也能有效地防止氧脆問題。

化合物中諸如硫化氫和氰化物是會發生水相氫損傷的工藝裝備中出現的最普通的金屬表面“毒化劑”。在許多工藝裝備中，可通過由加入多硫化銨和氧氣於工藝物流中，將上述這些化合物轉化成多硫化物和硫氰化物。且保持溶液處於鹼性一側，由此，有效地消除這些化合物而使氫氣擴散停止。

非水狀態（乾燥）較高溫氫蝕可產生如前所述之三種損害情況。因為鋼材中之鐵碳化物失去它們的碳形成甲烷的溫度和壓力條件，比起鉬、鉻和其他某些合金元素的碳化物來，均要來得低，通過把鋼材中的碳含量與愈是離百分比的合金元素結合起來，便可相應地容許愈是高的操作溫度和氫分壓。全奧氏體不鏽鋼可滿足全部操作溫度之所需。

碳鋼和低合金鋼的脫碳和破裂是隨時間積累的，並且從實際套用考慮是不可逆的，為了避免這種形式的關效，最低限度是必須嚴格遵循Ndson曲線的限制。用於製造管子和鑄件的合適低合金鋼板材包括：ASTM-A204-A、B、C，和A387-A、B、C、D和E以及類似的合金材料。參照Nelson曲線，根據物流溫度和氫分壓，具體選取材質。

基材為碳鋼或低合金鋼的不鏽鋼複合材料可用於防腐目的，特別是用於含有高溢氫的場所。但這又造成了另外的危險，即在軋制複合板過程中，有的點沒有貼實而造成空隙；在容器進行熱處理以最終釋放應力時複合板對應力腐蝕破裂很敏感；由於熱膨脹的不同，複合板結合處易裂。因此，對於含高溫氫氣的壓力容器，在鋼材生產和設備製造過程中嚴格控制質量是極其重要的，在生產操作中，要經常地、全面地進行維修檢查。

氫蝕失效

氫實際上會對所有的金屬和合金產生有害的影響。這些影響的嚴重性對於不同類別的合金各不相同，而在任何一個類別內的差別則取決下合金的強度、化學成分、雜質含量和顯微組織。對於任何一種有上述全部參數特定值的合金，其有害影響將按照包括溫度、氫的熱力勢和它的動力學條件能否滿足、合金的應力狀態和合金的形變速率等因數而變化。