氢脆对钢的影响概述1

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1、氢脆对钢的影响概述摘要本人介绍了氢脆的相关背景和氢脆的几种形式，分别为:氢化学反应脆裂，内氢脆裂和氢环境脆裂。然后，根据国内外的一些研究，论述了氢脆对低合金钢、不锈钢以及高强度钢种的影响。最后，根据氢脆的机制概括了一些氢脆的预防方法。关键词氢脆，不锈钢，低合金钢，高强度钢.INFLUENCEOFHYDROGENEMBRITTLEMNETONSTEELABSTRACTThisarticledescribesthebackgroundofhydrogenembrittlementandseveralformsofhydrogenembrittlement.The

2、formofhydrogenembrittlementareasfollows:chemicalreactionofhydrogenembrittlement,thehydrogenembrittlementandhydrogenenvironmentembrittlementcrack.Then,theauthorofseveralstudiesathomeandabroad,discussesthehydrogenembrittlementoflowalloysteel,stainlesssteelandtheimpactofhigh-strengths

3、teel.Finally,accordingtothemechanismofhydrogenembrittlementoutlinessomemethodsofpreventionofhydrogenembrittlement.KEYWORDShydrogenembrittlement;stainlesssteel;lowalloysteel;highstrengthsteel前言氢脆是由于电化学作用产生的原子氢渗入金属材料而产生脆性破坏的一种现象。它是氢系统设计中的一个大问题，在宇航工业中由于材料氢脆曾多次造成事故。据“氢安全使用手册”介绍，“材料损坏和材

4、料不相容性所造成的事故，各占事故总数的3%。使用同氢不相容的材料曾造成多次事故，而材料的氢脆又是造成多次事故的一个原因。”关于氢对铁基材料性能的影响和造成的事故早有所知，对它进行的研究也有近百年的历史了，但是研究不够深入，了解也很肤浅。人们所熟悉的氢脆大多都是材料在酸洗或电镀过程中吸收氢所造成的。氢脆机理是非常复杂的，需要用复杂的数学模型来描述和分析。美国有些单位采用一些先进方法来研究氢脆现象，如布朗恩大学使用断裂力学/扩散/减聚力分析方法，哥伦比亚大学和美国国家宇航实验室使用统计模型。近年来，有些研究人员利用了有效理论数学分析来研究氢在金属中的运动，加强了

5、对氢运动和效应的理论基础研究，这将进一步邦助改进材料的性态。目前的研究提高了发现金属晶格中小量氢的能力。1氢脆的几种形式从广义上来讲，氢脆断裂是属于腐蚀断裂的一种，因为氢脆也是由于电化学作用引起钢材脆性破坏的现象。氢脆断裂是电化学反应在阴极产生的原子状态氢(H)渗入钢中而导致的脆性断裂。应力腐蚀断裂则是由于电化学反应阳极溶解的结果。费尔普斯已证明阳极溶解和阴极氢脆过程都可使高强度钢产生应力腐蚀裂纹。为此布朗等还测量了正在长大的应力腐蚀裂纹顶部的PH值和势能值，发现它们对于产生氢来说是足够的了。但是，严格讲起来，氢脆和应力腐蚀所引起的断裂还是有区别的。氢脆可以

6、分为三种:氢化学反应脆裂，内氢脆裂和氢环境脆裂(也称外氢脆)。氢反应脆裂的机理和其他两种不同。内氢脆和氢环境脆裂之间既有相同之处，又有不同之处。所谓“内”和“外”只是指产生脆裂的氢源不同而已。1.1氢反应脆裂当氢与金属或金属中的一些组份产生化学反应形成脆化相后才会产生氢反应脆裂。例如钦、错、妮和担，无论是化为基体金属或一种合金元素都会与氢产生反应，形成脆化的氢化物物相，而这些物相会产生影响。像这些能吸收大量氢的金属，脆裂也往往是由于形成这种氢化物相而造成的。虽然形成氢化物金属的脆裂一般认为是来自于氢化物，但本特利却试验证明泥和钮在537.8~1038℃(10

7、00~1900°F)下暴露于高压氢中对脆裂严重。氢化物相的形成可以通过自发的转化，或者是应变诱发的。一般来讲，这些合金的脆裂是与氢化物的形成有关，应变速率愈高，脆裂愈加严重。除应变诱发的转化外，这种转化也可发生在缓慢的应变速率下。在持续载荷下“延迟”断裂也可能由应变诱发而产生。脆性的氢化物相在低温下是最稳定的，因此在此温度下比较低的含氢量就可以引起严重脆裂。1.2内氢脆内氢脆又称内可逆氢脆。它是由金属吸收氢而造成的脆裂。这种由间隙固溶体中氢所造成的脆裂，是一种应变速率缓慢的脆裂或“延迟”断裂，几乎全部发生在被热处理到高强度并经历过有可能吸进氢的环境的马氏体钢

8、中。一般来讲，氢浓度为1~sppm，并在具备适当应力