氢腐蚀及其影响因素

氢对金属的作用往往表现在使金属产生脆性，因而有时把金属的氢损伤统称为氢脆。其实氢与金属的相互作用可以分为物理作用和化学作用两类，氢溶解于金属中形成固溶体，氢原子在金属的缺陷中形成氢分子，这些是物理作用；氢与金属生成氢化物，氢与金属中的第二相作用生成气体产物，这些是化学作用。

氢与钢的化学作用主要是氢与钢中碳化物等第二相反应生成甲烷等气体。氢分子和甲烷分子的体积比氢原子大得多，形成后被封闭在钢材的微隙中，逐渐形成高压，高压作用使微隙壁萌生裂纹源至发展成裂纹，最终钢材的力学性能下降而至构件丧失承载能力。习惯上把氢对钢的物理作用所引起的损伤称为钢的氢脆，而把氢与钢的化学作用引起的损伤称为氢腐蚀。钢的氢腐蚀比钢的氢脆破坏性要大。

1.失效特征

脆性断口，有沿晶和穿晶型，断口表面上常带有鸡爪状花样和撕裂棱还有韧窝状，往往大韧窝套小韧窝。

2.导致失效的条件、应力及失效过程

在拉应力与腐蚀介质的共同作用下，阴极还原的氢扩散到裂纹尖端，渗入金属内部，受拉应力作用时，裂纹萌生、扩展、断裂。常在高强度钢、超高强度钢或铝合金、钛合金中发生，特别是在清洗和电镀后容易产生，是由于环境中的H⁺吸附在金属表面上，还原成H原子，渗透到金属中去并在金属内部引起的脆性断裂。

3.影响氢腐蚀的因素

（1）温度和压力 提高温度和氢的分压都会加速氢腐蚀。温度升高，氢分子离解为氢原子浓度高，渗入钢中的氢原子就多，氢、碳在钢中的扩散速度快，容易产生氢腐蚀，而氢压力提高，渗入钢中的氢也多，且由于生成甲烷的反应使气体体积缩小，因此提高氢的分压有助于生成甲烷的反应，缩短氢腐蚀的孕育期，加快了氢腐蚀的进程。(www.xing528.com)

（2）钢的成分 氢腐蚀的产生主要是氢与钢中碳的作用，因而钢中含碳量越高，越容易产生氢腐蚀，表现为氢腐蚀的孕育期缩短。有试验数据表明，碳的质量分数为0.05%的低碳钢比碳的质量分数为0.25%的碳钢的氢腐蚀孕育期要长4倍。

钢中加入钛、钒、铌、锆、钼、钨、铬等碳化物形成元素能大大提高钢的抗氢腐蚀能力，锰只有轻度的影响，而硅、镍、铜基本上没有影响。钢中各种添加合金元素对抗氢性能的影响，往往转换为钼当量去考虑，如钛、钒、铌的钼当量为10，其抗氢能力为钼的10倍，而铬的钼当量为0.25，则钼的抗氢能力为铬的4倍等。

（3）热处理与组织 碳化物球化的热处理可以延长氢腐蚀的孕育期，球化组织表面积小、界面能低、对氢的附着力小，球化处理越充分，氢腐蚀的孕育期就越长。淬硬组织会降低钢的抗氢腐蚀性能，碳在马氏体、贝氏体中的过饱和度都较大，稳定性低，具有析出活性炭原子的趋势，这种碳很容易与氢反应。焊接接头出现淬硬组织有同样作用。冷加工变形使钢中产生组织及应力的不均匀性，提高了钢中碳、氢的扩散能力，使氢腐蚀加剧。

钢的冶金质量对氢腐蚀影响也大，降低钢中夹杂物及其他缺陷均能降低钢的氢腐蚀倾向。

4.预防氢腐蚀的措施

主要从选择合适的钢材和提高钢材质量方面预防氢腐蚀的产生。一般含碳量低及加入碳化物形成元素的低合金钢有较高的抗氢腐蚀性能。如果使用环境恶劣，则18-8奥氏体铬镍不锈钢是常用的性能优越的抗氢腐蚀用钢。钢材洁净、质优则能降低氢腐蚀倾向。