钢材的氢脆是怎么造成的

A. 高温氢腐蚀，氢脆腐蚀有什么异同点

氢脆
由氢本身引起钢材脆化现象。氢原子渗入钢材后，使钢材晶粒结合力下降，而造成钢材的延伸率和断面收缩率的下降或出现延迟破坏现象。若氢气由钢材中释放出去，钢材的机械性能仍可恢复。氢脆为暂时的，可通过钢材加热使氢脆消除。
表面脱碳
钢材与高温氢接触后，形成表面脱碳。表面脱碳不形成裂纹，其影响是强度及硬度略有下降，而延伸率增高。
.氢腐蚀(内部脱碳)
高温高压下的氢渗入钢材之后和不稳定碳化物形成甲烷。钢中甲烷不易逸出，而使钢材产生裂纹及鼓泡，并使强度和韧性显著下降。其腐蚀反应是不可逆的，是永久性脆化。
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B. 氢脆现象的氢脆机理

延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多（原子点阵错位、空穴等）。氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。因此,氢脆通常表现为延迟断裂。
氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。常温下氢的扩散速度相当缓慢,所以需要即时加热去氢。温度升高,增加氢在钢中的溶解度,过高的温度会降低材料的硬度,所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择,必须考虑不致于降低材料硬度,不得处于某些钢材的脆性回火温度,不破坏镀层本身的性能。

C. 氢脆通常在什么情况下发生

氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀,造成材料塑性和强度降低,并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏.高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内,并在金属内部再结合成分子,产生很高的压力,严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合,使钢脱碳,或使钢中的硫化物与氧化物还原.造成压力容器氢脆破坏的氢,可以是设备中原来就存在的,例如,炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢,并溶解在液体金属中.或设备在电镀或酸洗时,钢表面被吸附的氢原子过饱和,使氢渗入钢中；也可以是使用后由介质中吸收进入的,例如在石油、化工容器中,就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质.钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上.它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体,氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹.腐蚀特别严重的容器,宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包.介质中含氢(或硫化氢)的容器是否会发生氢脆,主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分.温度越高、氢分压越高,碳钢的氢脆层就越深,发生氢脆破裂的时间也越短,其中温度尤其是重要因素.钢的含碳量越高,在相同的温度和压力条件下,氢脆的倾向越严重.

D. 什么是氢脆

氢脆是溶于钢中的氢聚合为氢分子造成应力集中超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一经产生，就消除不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中，进入钢材内部的微量氢在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时，可使内氢减少)恢复钢材的性能。因此氢脆是可逆的。理想的新能源作为一种新能源，氢能不仅非常丰富，而且高效、清洁，是非常理想的能源，因此被人们称为21世纪的动力能源。尤其是近些年来，世界许多国家都已经认识到了氢能的巨大优势和潜力，并给予了充分的重视，出台了一系列氢能发展规划；在科学领域，科学家们更是对氢能“情有独钟”，在他们的努力钻研下，氢能取得了较快的发展。氢能已经向人类展现了美好的前景。

E. 氢脆的氢脆的机理

氢脆的机理学术界还有争议，但大多数学者认为以下几种效应是氢脆发生的主要原因：
在金属凝固的过程中，溶入其中的氢没能及时释放出来，向金属中缺陷附近扩散，到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢并不断聚集，从而产生巨大的内压力，使金属发生裂纹．
在石油工业的加氢裂解炉里，工作温度为300-500度，氢气压力高达几十个到上百个大气压力，这时氢可渗入钢中与碳发生化学反应生成甲烷． 甲烷气泡可在钢中夹杂物或晶界等场所成核，长大，并产生高压导致钢材损伤．
在应力作用下，固溶在金属中的氢也可能引起氢脆．金属中的原子是按一定的规则周期性地排列起来的，称为晶格．氢原子一般处于金属原子之间的空隙中，晶格中发生原子错排的局部地方称为位错，氢原子易于聚集在位错附近．金属材料受外力作用时，材料内部的应力分布是不均匀的，在材料外形迅速过渡区域或在材料内部缺陷和微裂纹处会发生应力集中．在应力梯度作用下氢原子在晶格内扩散或跟随位错运动向应力集中区域．由于氢和金属原子之间的交互作用使金属原子间的结合力变弱，这样在高氢区会萌生出裂纹并扩展，导致了脆断． 另外，由于氢在应力集中区富集促进了该区域塑性变形，从而产生裂纹并扩展． 还有，在晶体中存在着很多的微裂纹，氢向裂纹聚集时有吸附在裂纹表面，使表面能降低，因此裂纹容易扩展．
某些金属与氢有较大的亲和力，过饱和氢与这种金属原子易结合生成氢化物，或在外力作用下应力集中区聚集的高浓度的氢与该种金属原子结合生成氢化物．氢化物是一种脆性相组织，在外力作用下往往成为断裂源，从而导致脆性断裂．
工业管道的氢脆现象可发生在实施外加电流阴极保护的过程之中:现阶段为了防止金属设备发生腐蚀，一般大型的工业管道都采用外加电流的阴极保护方式，但是这种方式也能引发杂散电流干扰的高风险，可导致过保护，引发防腐层的破坏及管材氢脆。