氢腐蚀开裂课件.ppt

1、氢致腐蚀 内 容 机理氢脆氢致鼓泡内氢的沉积氢侵蚀氢化物形成的开裂 防腐措施 案例说明 问题氢脆 钢中的氢减少拉伸延展性，在静载荷的条件下引起过早破坏 几个ppm的氢就可引起氢脆 三个主要理论：恢复始态理论表面减少理论平面压力理论氢脆 机理H2(气体)裂缝尖端氢脆 机理H2(气体)物理吸附游离的化学吸附氢脆 机理H2(气体)氢扩散氢脆 恢复始态理论H2(气体)xmax氢脆 表面减少理论氢的吸附减少了金属的表面自由能裂缝尖端扩展可以解释低压氢环境下高强度钢的裂纹扩展氢脆 平面压力理论在金属成型期间渗氢发生在微孔中可能形成高压氢与氢鼓泡同样机理氢脆 开裂方向氢诱导开裂途径与应力水平密切相关。（a）

2、高应力水平将会产生微孔聚集开裂；（b）中等应力水平将会通过类裂机理产生晶内开裂；（c）低应力水平产生晶间开裂氢脆 一般规律脆裂随金属应变力的减少而增加在室温下脆裂发生更普遍脆裂随温度的增加而减少氢脆 设计上的防护措施高强度的金属和合金对脆裂更敏感普遍问题是过度偏向强度的需要，或者说强度过剩在环境容许的条件下:尽可能减少材料的强度!氢脆 加工中的防护措施脆裂可能与水平低下的生产技术有关当生产环境中引入氢时，可能会引入氢脆问题措施 维持低浓度的氢气氛 热处理氢脆 在焊接时的防护措施脆裂可能发生在焊缝周围含氢的焊棒可能引入氢脆措施 将低氢焊棒储存在干燥处 焊接后进行局部热处理氢脆 防护措施设计:降低

3、材料强度生产:在生产区域和热处理时减少氢源焊接:妥善储存和处理焊接棒补救措施:在减压条件下，100-650C烘烤可以减少金属的氢包含物氢脆 案例研究纯钢高压锅炉蒸发器管10年后材料无法使用环境：含有硫酸化合物的燃料气沉积物措施：使用低合金(耐氢)钢氢脆 案例研究钢扣件多种开裂原因亚表面开裂氢鼓泡 氢被吸附到金属上，向内扩散，并作为分子氢沉积 以叠片结构、包合物、基质界面的形式沉积 当开裂不是发生在表面，而仅仅是内部时，金属的外层将会凸起 在压力满足的条件下就会产生内部开裂氢鼓泡 机理H2(气体)物理吸附氢鼓泡 机理H2(气体)扩散的化学吸附氢鼓泡 机理H2(gas)氢扩散氢鼓泡 机理H2(ga

4、s)泡形成氢鼓泡 一般规律氢致鼓泡可以看作是特殊的氢脆暴露在氢气氛中的低强度合金钢或金属一般容易出 现氢鼓泡氢鼓泡 防护措施表面现象源：从环境中吸附氢降低表面氢 缓蚀剂 避免阴极保护和腐蚀挂片氢鼓泡 案例研究纯钢壁二氧化碳洗涤塔失效时间：多年环境：水和 CO2使用无腐蚀性的洗涤液体接受腐蚀：监控腐蚀过程内氢的沉积加工引入 5-8 ppm 在 0.1 ppm室温平衡双原子沉积在现有的包合物产生压力引起裂缝扩大Cracks=Embrittlement内氢的沉积 晶内开裂内氢的沉积 氢引入的方式空气湿度杂质焊接 空气 表面污染 焊接棒内氢的沉积 开裂延展性变差开裂引发 包合物 气孔表面开裂 鱼眼石

5、片状剥落重型钢锻件最为典型有残存的内氢引起在部件的中心发纹开裂在200以下内氢的沉积 防护措施内部现象来源：在加工过程中吸附氢改善加工技术：在真空状态下热处理内氢的沉积 在加工中的防护措施氢在铁中的溶解度 在 -铁中低铁中低(low T)在 -铁中高铁中高(high T)扩散随温度增加结果：金属淬火加剧氢腐蚀 低扩散率使氢氢留在金属中 氢在内部沉积内氢的沉积 在加工时，金属是热的 冷却金属.氢在高温下扩散氢被定位在金属内!内氢的沉积在加工时，金属是热的当溶解度减少时，氢会扩散出来 在真空状态下较长时间退火内氢的沉积 案例研究Viton B(橡胶)环境：油井维修流体失效时间：数月失效原因：在材料

6、的空穴区有压力形成气泡内部类似于钢中的氢剥落氢侵蚀 机理环境 高温高压氢环境石油化工厂 在21 MPa、540C条件下的烃加工 应力水平、暴露时间、钢的组成机理 氢与碳化物反应形成甲烷 在晶界形成甲烷气泡 气泡合并产生裂纹氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀 特性特点 突然失效精细结构 沿晶界脱碳 沿晶界开裂 内含甲烷气泡氢侵蚀 迅速冷却可能引起：氢脆氢鼓泡氢侵蚀 防护措施高温现象 石油加工高达起540与碳反应 形成甲烷和脱碳结构在高温操作时，减少碳含量!氢侵蚀 案例研究在高压碳钢锅炉管的焊接 处形成的氢腐蚀氢侵蚀 案例研究在高压碳钢锅炉管的焊接 处由于氢腐蚀形成的开裂氢侵蚀案例研究 热交换器的碳钢

7、冷却管 失效时间：几年 环境：高内压、大约240的、氢、氮、氨的气体混合物 补救措施：使用使用0.5 Mo 钢或Cr/Mo钢氢化物形成的开裂 影响：Ti、Ta、Zr、U、Th 在加工中获得氢熔融焊接 在冷却时形成氢化物氢化物形成的开裂 特点比金属基质的密度低 增加强度 降低延展性和韧性小的板状结构 在晶格中的优先取向施加应力可引起氢化物排列氢化物形成的开裂 钛中的氢化物在100钝化 缓慢扩散 0.4 mm TiH2层 散裂在250以上迅速形成 低的氢溶解度 无散裂 自始至终形成氢化物的微粒 对失效高灵敏 一般发生在从高温冷却到室温的过程中氢化物形成的开裂 钝化Ti氢化物形成的开裂 钝化Ti氢化物形成的开裂 钝化Ti氢化物形成的开裂 钝化Ti氢化物形成的开裂 防护措施内在现象氢和金属高温反应的结果补救措施 降低操作温度 热处理 设计指标降低材料强度减少高温操作时的碳含量避免高温操作时使用钛 减少氢含量热处理(加工和焊接)使用缓蚀剂保持储存时的干燥环境氢化物形成的开裂氢化物形成的开裂 案例研究钛钢管用在碳酸铵冷凝器中.失效时间：5 年温度：130补救措施：降低操作温度，使用不锈钢