金属的各种腐蚀现象及其试验方法

氢腐蚀加剧，图25所示为在500℃的氢介质中暴露100h, 钢中碳含量对氢腐蚀的影响。抗氢腐蚀钢在满足强度要求的前提下，应尽量降低碳含量。MnS杂质促进氢腐蚀，应尽量减少其含量。钢中含有形成稳定化合物的合金元素，例如Cr、Mo、V、Ti、Nb、Zr等能提高钢的抗氢腐蚀性。Cr-1Mo钢是Zui常用的石油精炼压力容器用钢。3.3.1.3 细晶粒和用铝脱氧的钢由于晶界面多，有利于甲烷气泡形核，缩短了氢腐蚀孕育期。焊接接头易发生氢腐蚀。 3.3.2 氢鼓泡低强度钢管或容器在H2S水溶液中或湿H2S中有应力或无应力作用下，由于H2S分解产生的氢原子进入钢中，扩散到缺陷处，变成氢分子，产生很高的压力，导致产生裂纹。裂纹平行于轧制面，在接近表面处形成鼓泡，称为氢鼓泡。在含硫的油、气管线，储罐，炼制设备及煤的汽化设备中，经常见到这类氢诱发开裂现象。钢中存在扁平状或长条MnS夹杂物等易成为裂纹源。产生氢鼓泡时将导致设备破损或物料泄漏。氢鼓泡是在室温下出现，提高或降低温度，能减少开裂倾向。钢中含有少量Cu [w (Cu) 为0.2%~0.3%]时能显著减少开裂;加入少量Cr、V、Mo、Nb、Ti等元素时可改善钢的力学性能，提高对裂纹扩展的阻力。淬火回火处理的钢比正火态可减少氢诱发开裂的危险。5.3.3 氢脆氢脆一般发生在屈服强度大于620MPa的高强度钢及Ti、Ta等高强度材料中。氢对材料的伸长率及断面收缩率有显著影响，但对屈服强度的影响不大。氢对低强度钢的影响不仅降低塑性，也降低断裂应力(σF)。3.3.3.1 氢脆特点1. 延迟破坏。材料在静载荷作用下，裂纹萌生。低速扩展，失稳断裂。图26所示为高强度钢延迟断裂曲线，图中的下临界应力是延迟断裂临界应力，低于此值时应力作用时间再长也不发生破断。 2.氢脆裂纹扩展是不连续的，在裂纹扩展过程中有氢析出。3. 氢脆断口没有明显特征，断口形貌与应力强度因子及含氢量有关系。高KI时可能是韧窝形断口;低KI 时是沿晶断口;中等KI 时是解理或准解理断口(图27) 。图28 所示为35CrMnSiA钢氢脆断口类型与KI及氢含量关系。、 KI 值与氢脆断口相貌关系a)高KI 时为韧窝状 b)中等KI 时为解理或准解理 c)低KI时位沿晶断口 3.3.3.2 影响氢脆的因素1.随着氢含量增加，钢的塑性急剧下降，临界应力也降低。图29所示为纯Fe中氢含量与伸长率的关系。 2.氢脆与湿度有关系，一般认为钢的氢脆发生在-100~150℃之间，其中以室温附近(-30~30℃) Zui严重。 3.溶液的pH值越低时，越容易产生氢脆，溶液中存在CI 时加速氢脆。4.应力集中程度越大，越容易产生氢脆。应变速率越慢，材料氢脆敏感性增大，冲击加载和正常拉伸试验不能显示出材料对氢脆的敏 感性。 5.材料的成分、组织结构及力学性能与氢脆有关系。钢中含P、As、Sb、Si、S、Mn等元素促进钢产生氢脆。钢的组织与氢脆关系见表15。3.3.3.3 氢脆试验与评定方法1. 弯曲法。用板状试样夹在特制夹具上反复弯曲一定角度(一般为120°) ,直至断裂，记下弯断次数(n) , 算出氢脆系数(I) 。nH为含氢含氢试样弯断次数，n空为不含氢试样弯断次数。 2.断面收缩率法。在一定拉伸速度下，测量拉伸试样断裂后的断面收缩率(ψ)， 计算氢脆系数(I) 。 式中 ψ0-无氢试样断面收缩率; ψ-含氢试样断面收缩率。 3. 测定试样的延迟断裂曲线。即应力(σ) 与时间(t) 曲线，求出试样不断时的应力门槛值(σth) ,即下临界应力。图30所示为20MnVB钢不同组织的延迟断裂曲线，纵坐标为试样在含氢介质中的断裂应力(σn)与大气介质中材料缺口试样强度(σbn) 之比，横坐标为断裂时间(tf ) 。