氢腐蚀

高温腐蚀的类型

氢腐蚀，hydrogen attack，是指钢暴露在高温、高压的氢气环境中，氢原子在设备表面或渗入钢内部与不稳定的碳化物发生反应生成甲烷，使钢脱碳，机械强度受到永久性的破坏。在钢内部生成的甲烷无法外溢而集聚在钢内部形成巨大的局部压力，从而发展为严重的鼓包开裂。

简介

高温腐蚀的一种类型。主要发生在石油加氢、裂解等钢制装置中。高温高压下，气相中氢以氢原子形式渗入钢中，与钢中的碳结合生成甲烷，造成钢表层脱碳，使强度、塑性降低，严重时导致表面鼓泡或开裂。碳钢的抗氢腐蚀性能随钢中碳含量升高而降低；含有少量钛、铌、钒、钼等与碳有较强结合能力的元素的低合金钢，有较好的抗氢腐蚀能力。

冶炼过程中溶解在钢水中的氢，在结晶冷凝时没有能即时逸出而存留在钢材中；焊接过程中由于水分或油污在高弧高温下分解出的氢溶解入钢材中；设备运行过程中，工作介质中的氢进入钢材中。当钢中存在氢，而应力大于某一临界值时，就会发生氢脆断裂。氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程。脆断应力可低达屈服极限的20%。钢材的强度愈高(所承受的应力愈大)，对氢脆愈敏感。容器中的应力水平，包括工作应力及残余应力是导致氢脆很重要的因素。氢脆是一种延迟断裂，断裂迟延的时间可以仅几分钟，也可能几天。

阶段

钢材发生氢腐蚀有两个阶段即氢脆阶段和氢浸蚀阶段。刚开始时，钢内部吸附的氢并未与钢材的组分发生任何化学变化，也没有改变钢材的组织状态，只是钢材吸附了氢，钢材变脆了，韧性降低了，此阶段称为氢脆阶段（暂时的氢脆是可逆的）；当浸入到钢材内部的氢与钢材中不稳定的碳化物发生反应生成甲烷使钢材脱碳、鼓包、开裂到钢材的强度和韧性大大降低，这个阶段称为氢浸蚀阶段（产生永久脆化，不可逆）。

原因

钢材发生氢腐蚀的原因有许多，所选择的钢材本身防止氢渗入的性能不好、选择金属镀覆工艺不当使氢渗入或“消氢”，工艺不完善是其主要原因。

分类

氢腐蚀分为.氢鼓包、氢脆、氢蚀。

氢鼓包

定义：氢原子扩散到金属内部（大部分通过器壁），在另一侧结合为氢分子逸出。如果氢原子扩散到钢内空穴，并在该处结合成氢分子，由于氢分子不能扩散，就会积累形成巨大内压，引起钢材表面鼓包甚至破裂的现象称为氢鼓包。低强钢，尤其是含大量非金属夹杂物的钢，最容易发生氢鼓包。产生氢鼓包的腐蚀环境：介质中通常含有硫化氢、或者砷化合物、或者氰化物、或者含磷离子等毒素。这些介质阻止了放氢反应。

预防措施：消除毒素介质；如果不能消除，选用空穴少的镇静钢，也可采用对氢渗透低的奥氏体不锈钢。或者采用镍衬里、衬橡胶衬里、塑料保护层、玻璃钢衬里等；有时加入缓蚀剂。

体心立方晶格的致密度为0.68（即晶格中有68%的体积被原子所占据，其余为空隙），配位数为8（配位数越大，原子排列越紧密，空隙越小）；面心立方晶格和密排六方晶格的致密度为0.74，配位数为12。

氢脆

定义：在高强钢中金属晶格高度变形，氢原子进入金属后使晶格应变增大，因而降低韧性及延性，引起脆化，这种现象为氢脆。氢脆与钢内的空穴无关，所以仅仅靠使用镇静钢无效。预防措施：选用对氢脆不敏感的材料，如选用含Ni、Mo的合金钢。在制造过程中，尽量避免或减少氢的产生。

氢蚀

定义：在高温高压环境下，氢进入金属内与一种组分或元素产生化学反应使金属破坏，称为氢蚀。如在200℃以上氢进入低强钢内与碳化物反应生成甲烷气体，这种气体占有很大体积使金属内产生小裂缝及空穴，从而使钢变脆，在很小的形变下即破裂。这种破裂没有任何先兆，是非常危险的。预防措施：选用抗氢钢。可选用16MnR（HIC）、15CrMoR（相当于1Cr-0.5Mo）、14Cr1MoR（相当于1.25Cr-0.5Mo）、2Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V等。抗氢钢中的Cr和Mo能形成稳定的碳化物，这样就减少了氢与碳结合的机会，避免了甲烷气体的产生。

其实氢腐蚀从理论上分成三种，而实际中三种腐蚀几乎同时存在。所以遇到氢腐蚀环境（临氢环境）的设备一般按纳尔逊曲线进行选材，并要引起高度重视。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省