《氢腐蚀开裂》PPT课件

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),x,max,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

2、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）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

3、 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

4、足的条件下就会产生内部开裂,氢鼓泡,机理,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(gas),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

5、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 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 (low T) 在 -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

6、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

7、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