鋼材的氫脆是怎麼造成的

A. 高溫氫腐蝕，氫脆腐蝕有什麼異同點

氫脆
由氫本身引起鋼材脆化現象。氫原子滲入鋼材後，使鋼材晶粒結合力下降，而造成鋼材的延伸率和斷面收縮率的下降或出現延遲破壞現象。若氫氣由鋼材中釋放出去，鋼材的機械性能仍可恢復。氫脆為暫時的，可通過鋼材加熱使氫脆消除。
表面脫碳
鋼材與高溫氫接觸後，形成表面脫碳。表面脫碳不形成裂紋，其影響是強度及硬度略有下降，而延伸率增高。
.氫腐蝕(內部脫碳)
高溫高壓下的氫滲入鋼材之後和不穩定碳化物形成甲烷。鋼中甲烷不易逸出，而使鋼材產生裂紋及鼓泡，並使強度和韌性顯著下降。其腐蝕反應是不可逆的，是永久性脆化。
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B. 氫脆現象的氫脆機理

延遲斷裂現象的產生是由於零件內部的氫向應力集中的部位擴散聚集,應力集中部位的金屬缺陷多（原子點陣錯位、空穴等）。氫擴散到這些缺陷處,氫原子變成氫分子,產生巨大的壓力,這個壓力與材料內部的殘留應力及材料受的外加應力,組成一個合力,當這合力超過材料的屈服強度,就會導致斷裂發生。氫脆既然與氫原子的擴散有關,擴散是需要時間的,擴散的速度與濃差梯度、溫度和材料種類有關。因此,氫脆通常表現為延遲斷裂。
氫原子具有最小的原子半徑,容易在鋼、銅等金屬中擴散,而在鎘、錫、鋅及其合金中氫的擴散比較困難。鍍鎘層是最難擴散的,鍍鎘時產生的氫,最初停留在鍍層中和鍍層下的金屬表層,很難向外擴散,去氫特別困難。經過一段時間後,氫擴散到金屬內部,特別是進入金屬內部缺陷處的氫,就很難擴散出來。常溫下氫的擴散速度相當緩慢,所以需要即時加熱去氫。溫度升高,增加氫在鋼中的溶解度,過高的溫度會降低材料的硬度,所以鍍前去應力和鍍後去氫的溫度選擇,必須考慮不致於降低材料硬度,不得處於某些鋼材的脆性回火溫度,不破壞鍍層本身的性能。

C. 氫脆通常在什麼情況下發生

氫脆(或稱氫損傷)是指它的器壁受到氫的侵蝕,造成材料塑性和強度降低,並因此而導致的開裂或延遲性的脆性破壞.高溫高壓的氫對鋼的損傷主要是因為氫以原子狀態滲入金屬內,並在金屬內部再結合成分子,產生很高的壓力,嚴重時會導致表面鼓包或皺折；氫與鋼中的碳結合,使鋼脫碳,或使鋼中的硫化物與氧化物還原.造成壓力容器氫脆破壞的氫,可以是設備中原來就存在的,例如,煉鋼、焊接過程中的濕氣在高溫下被還原而生成氫,並溶解在液體金屬中.或設備在電鍍或酸洗時,鋼表面被吸附的氫原子過飽和,使氫滲入鋼中；也可以是使用後由介質中吸收進入的,例如在石油、化工容器中,就有許多介質中含氫或含混有硫化氫的雜質.鋼發生氫脆的特徵主要表現在微觀組織上.它的腐蝕面常可見到鋼的脫碳鐵素體,氫脆層有沿著晶界擴展的腐蝕裂紋.腐蝕特別嚴重的容器,宏觀上可以發現氫脆所產生的鼓包.介質中含氫(或硫化氫)的容器是否會發生氫脆,主要決定於操作溫度、氫的分壓、作用時間和鋼的化學成分.溫度越高、氫分壓越高,碳鋼的氫脆層就越深,發生氫脆破裂的時間也越短,其中溫度尤其是重要因素.鋼的含碳量越高,在相同的溫度和壓力條件下,氫脆的傾向越嚴重.

D. 什麼是氫脆

氫脆是溶於鋼中的氫聚合為氫分子造成應力集中超過鋼的強度極限，在鋼內部形成細小的裂紋，又稱白點。氫脆只可防，不可治。氫脆一經產生，就消除不了。在材料的冶煉過程和零件的製造與裝配過程(如電鍍、焊接)中，進入鋼材內部的微量氫在內部殘余的或外加的應力作用下導致材料脆化甚至開裂。在尚未出現開裂的情況下可以通過脫氫處理(例如加熱到200℃以上數小時，可使內氫減少)恢復鋼材的性能。因此氫脆是可逆的。理想的新能源作為一種新能源，氫能不僅非常豐富，而且高效、清潔，是非常理想的能源，因此被人們稱為21世紀的動力能源。尤其是近些年來，世界許多國家都已經認識到了氫能的巨大優勢和潛力，並給予了充分的重視，出台了一系列氫能發展規劃；在科學領域，科學家們更是對氫能「情有獨鍾」，在他們的努力鑽研下，氫能取得了較快的發展。氫能已經向人類展現了美好的前景。

E. 氫脆的氫脆的機理

氫脆的機理學術界還有爭議，但大多數學者認為以下幾種效應是氫脆發生的主要原因：
在金屬凝固的過程中，溶入其中的氫沒能及時釋放出來，向金屬中缺陷附近擴散，到室溫時原子氫在缺陷處結合成分子氫並不斷聚集，從而產生巨大的內壓力，使金屬發生裂紋．
在石油工業的加氫裂解爐里，工作溫度為300-500度，氫氣壓力高達幾十個到上百個大氣壓力，這時氫可滲入鋼中與碳發生化學反應生成甲烷． 甲烷氣泡可在鋼中夾雜物或晶界等場所成核，長大，並產生高壓導致鋼材損傷．
在應力作用下，固溶在金屬中的氫也可能引起氫脆．金屬中的原子是按一定的規則周期性地排列起來的，稱為晶格．氫原子一般處於金屬原子之間的空隙中，晶格中發生原子錯排的局部地方稱為位錯，氫原子易於聚集在位錯附近．金屬材料受外力作用時，材料內部的應力分布是不均勻的，在材料外形迅速過渡區域或在材料內部缺陷和微裂紋處會發生應力集中．在應力梯度作用下氫原子在晶格內擴散或跟隨位錯運動向應力集中區域．由於氫和金屬原子之間的交互作用使金屬原子間的結合力變弱，這樣在高氫區會萌生出裂紋並擴展，導致了脆斷． 另外，由於氫在應力集中區富集促進了該區域塑性變形，從而產生裂紋並擴展． 還有，在晶體中存在著很多的微裂紋，氫向裂紋聚集時有吸附在裂紋表面，使表面能降低，因此裂紋容易擴展．
某些金屬與氫有較大的親和力，過飽和氫與這種金屬原子易結合生成氫化物，或在外力作用下應力集中區聚集的高濃度的氫與該種金屬原子結合生成氫化物．氫化物是一種脆性相組織，在外力作用下往往成為斷裂源，從而導致脆性斷裂．
工業管道的氫脆現象可發生在實施外加電流陰極保護的過程之中:現階段為了防止金屬設備發生腐蝕，一般大型的工業管道都採用外加電流的陰極保護方式，但是這種方式也能引發雜散電流干擾的高風險，可導致過保護，引發防腐層的破壞及管材氫脆。