对低强度钢,特别是含大量非金属夹杂时,溶液中产生的氢原子很容易扩散到金属内部,大部分H通过器壁在另一侧结合为H2逸出,但有少量H积滞在钢内空穴,结合为H2,因氢分子不能扩散,将积累形成巨大内压,使钢表面鼓泡,甚至破裂。
当环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢反应的毒素,氢原子就会进入钢内产生鼓泡。石油工业物料常含有上述毒素,氢鼓泡是常见的危害。防止方法:除去这类毒素最为有效;也可选用无空穴的镇静钢以代替有众多空穴的沸腾钢。此外,可采用氢不易渗透的奥氏体不锈钢或镍的衬里,或橡胶,塑料、瓷砖村里、加入缓蚀剂等。
2)氢脆
在高强钢中晶格高度变形,当H进入后,晶格应变更大,使韧性及延展性降低,导致脆化,在外力下可引起破裂。不过在未破裂前氢脆是可逆的,如进行适当的热处理,使氢逸出,金属可恢复原性能。一般钢强度越高,氢脆破裂的敏感性越大。它的机理还不十分清楚,有各种理论,如:氢分子聚积造成巨大内压;吸附氢后使表面能降低,或影响了原子键结合力,促进了位错运动等。一些迹象表明,铁素体和马氏体铁合金在裂缝尖处与氢产生了反应,钛、钽等易生成氢化物的金属,在高温下容易与溶解的氢反应,生成脆性氢化物。高温下氢还能造成脱碳。
进入金属的氢常产生于电镀、焊接、酸洗、阴极保护等操作中。应力腐蚀的裂尖酸化后,也将产生氢脆,但阳极腐蚀,已造成永久性损害,与单纯氢脆有别。氢脆与钢内空穴无关,所以防止方法与防氢鼓泡稍有不同:在容易发生氢脆的环境中,避免使用高强钢,可用Ni、Cr合金钢;焊接时采用低氢焊条,保持环境干燥(水是氢的主要来源);电镀液要选择,控制电流;酸洗液中加入缓蚀剂。氢已进入金属后,可进行低温烘烤驱氢,如钢一般在90~150℃脱氢。
10.腐蚀疲劳
腐蚀和交变应力(应力方向周期性变化,亦称周期应力)共同作用引起的破裂,称为腐蚀疲劳。在无腐蚀时,金属受交变应力作用将产生疲劳破裂。对于铁合金,承受的应力有一临界值,如低于此值,即使经无限周期也不会疲劳破裂。此值称为疲劳极限。非铁金属如铝、镁,没有疲劳极限,但抗疲劳性能也随应力
减小而增大。通常规定在106周期不产生疲劳破裂的临界应力值为疲劳极限。在腐蚀环境中疲劳极限大大下降,因而在较低的应力和较短的周期内就发生疲劳破裂。
腐蚀疲劳的外形特征是:产生众多深孔,裂缝可以有多条,由蚀孔起源以和应力垂直的方向纵深发展,是典型的穿晶型,设有支缝,缝边呈现锯齿形。振动部件如泵轴和杆、螺旋桨轴、油气井管、吊素以及由温度变化产生周期热应力的换热管和锅炉管等,都容易发生腐蚀疲劳。腐蚀疲劳最易发生在能产生孔蚀的环境中,无疑,蚀孔起了提高应力的作用。周期应力使保护膜反复局部破裂,裂口处裸金属遭受不断腐蚀。与应力腐蚀不同,腐蚀疲劳对环境没有选择性。氧含量、温度、pH值和溶液成分都影响腐蚀疲劳。阳极极化将促进腐蚀疲劳。
防止方法:改进设计或进行热处理以消除和减小拉应力,表面喷丸处理产生压应力,电镀锌、铬、镍等,但电镀时注意镀层中不可产生拉应力,也不可有氢渗入。也可用缓蚀剂和阴极保护。