氫脆
關注創建者：黎亮_3013 創建時間：2021-03-07
氫脆的實例教程
析氫的影響是多方面的，其中最主要的是氫脆。氫脆是表面處理中最嚴重的質量隱患之一，析氫嚴重的零件在使用過程中就可能斷裂，造成嚴重的事故。表面處理技術人員必須掌握避免和消除氫脆的技術，以使氫脆的影響降低到最低限度。
氫脆到底是個啥？
1 氫脆現象
氫脆通常表現為應力作用下的延遲斷裂現象。曾經出現過汽車彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件，在裝配之后數小時內陸續發生斷裂，斷裂比例達40%～50%。某特種產品鍍鎘件在使用過程中曾出現過批量裂紋斷裂，曾組織過全國性攻關，制訂嚴格的去氫工藝。另外，有一些氫脆并不表現為延遲斷裂現象，例如：電鍍掛具(鋼絲、銅絲)由于經多次電鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用中經常出現一折便發生脆斷的現象;獵Qiang精鍛用的芯棒，經多次鍍鉻之后，墮地斷裂;有的淬火零件(內應力大)在酸洗時便產生裂紋。這些零件滲氫嚴重，無需外加應力就產生裂紋，再也無法用去氫來恢復原有的韌性。
2 氫脆機理
延遲斷裂現象的產生是由于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。
展開 析氫的影響是多方面的，其中最主要的是氫脆。氫脆是表面處理中最嚴重的質量隱患之一，析氫嚴重的零件在使用過程中就可能斷裂，造成嚴重的事故。表面處理技術人員必須掌握避免和消除氫脆的技術，以使氫脆的影響降低到最低限度。
什么是“氫脆”
01
氫脆現象
氫脆通常表現為
應力作用下的延遲斷裂現象
。曾經出現過汽車彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件，在裝配之后數小時內陸續發生斷裂，斷裂比例達40%～50%。某特種產品鍍鎘件在使用過程中曾出現過批量裂紋斷裂，曾組織過全國性攻關，制訂嚴格的去氫工藝。另外，有一些氫脆并不表現為延遲斷裂現象，例如：電鍍掛具（鋼絲、銅絲）由于經多次電鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用中經常出現一折便發生脆斷的現象；精鍛用的芯棒，經多次鍍鉻之后，墮地斷裂；有的淬火零件（內應力大）在酸洗時便產生裂紋。這些零件滲氫嚴重，無需外加應力就產生裂紋，再也無法用去氫來恢復原有的韌性。
02
氫脆機理
延遲斷裂現象的產生是由于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。
展開 【引言】
加工或服役過程中，氫原子會吸附于金屬表面，并滲透、擴散、聚集于某些部位，造成宏觀塑性和強度明顯降低，即氫脆現象。300系列奧氏體不銹鋼因其較高抗氫脆性和和焊接性被廣泛應用于含氫環境的承載構件，服役前常通過預應變來提高其強度。預應變使奧氏體不銹鋼產生應變硬化的同時也會使其組織發生明顯改變，如亞穩定奧氏體不銹鋼在塑性變形過程中會經歷從奧氏體轉變為α′馬氏體的應力誘發馬氏體轉變，這些組織改變將影響奧氏體不銹鋼的氫脆敏感性。焊接是奧氏體不銹鋼常用的連接手段，其過程中復雜的熱循環使焊接接頭組織和性能更為不均勻，因此，研究預應變對奧氏體不銹鋼焊接接頭組織演變和氫脆失效機制的影響對理解奧氏體不銹鋼氫脆尤為重要。
【成果簡介】
近日，天津大學材料學院研究人員李曉剛、龔寶明（通訊作者）、鄧彩艷（通訊作者）和李一哲（通訊作者）在Corrosion Science發表題為名為“Effect of pre-strain on microstructure and hydrogen embrittlement of K-TIG welded austenitic stainless steel”的研究論文。研究人員將奧氏體不銹鋼焊接接頭分別進行了不同程度預應變后在相同條件下進行預充氫來研究預應變對接頭氫脆失效機制的影響。隨著預應變水平的升高，接頭失效位置從焊縫轉移至母材，研究人員提出失效位置的轉變與焊縫、母材不同的應力誘發α′馬氏體轉變傾向有關。
展開 然而，PH13-8Mo常因氫脆作用發生失效。作為一種高強鋼，氫脆使其在低應力水平下發生脆斷，進而可能導致嚴重事故。此前，雖有學者在特定時效時間條件下，研究時效溫度對其氫脆的影響，但系統性評價系列時效溫度和時效時間下PH13-8Mo不銹鋼的氫脆敏感性尚無先例。
【成果簡介】
近日，美國華盛頓州立大學Li Qizhen（通訊作者）團隊在Corros. Sci.上發表了一篇題為“Effect of heat treatment on hydrogen-assisted fracture behavior of PH13-8Mo steel”的文章。該研究團隊將一種應用于渦輪機葉片的PH13-8Mo棒材經925℃、1h固溶處理、室溫油淬后，分別在430℃、540℃和600℃進行0.5h、4h、10h、30h和78.5h時效處理。熱處理后棒材經機加工后得到拉伸試樣，表面打磨后進行電解充氫和鎘電鍍處理，以滲氫及防止氫溢出。研究人員分析了熱處理對PH13-8Mo組織結構、機械性能和斷口形貌的影響。研究結果表明，氫脆敏感性受時效溫度及時間影響；氫致裂紋沿板條邊界或前驅奧氏體邊界萌生擴展；氫脆敏感性與斷裂形式之間存在量化關系。
【致歉：很抱歉，未能找到通訊作者Li Qizhen的確切中文名字，小編表示誠摯的歉意！】
展開 鋼材在汽車零配件上的應用受到一些限制，也要歸因于其抗氫脆性能的明顯下降，而氫脆是由水溶液腐蝕產生的。事實上，這種氫脆敏感性是與碳含量密切相關的，在低氫超電壓條件下析出鐵碳化物（Fe2.4C / Fe3C）。
一般針對應力腐蝕開裂現象或氫脆現象導致的表面局部腐蝕反應，通過熱處理除去殘余應力，增大氫陷阱效率等方面開展。要想開發兼具優秀耐腐蝕性和抗氫脆性的超高強汽車用鋼，也自然并非易事。
隨著碳含量的增大，氫還原速率增大，而氫擴散速率顯著降低。使用中碳或高碳鋼做零部件或傳動軸等，技術關鍵就是對顯微組織中的碳化物組分進行有效控制。
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氫脆的最新內容
哪些廠家提供定制高壓比例閥服務？25天前
/www.norgren.com.cn/3698.html
IMI Norgren（諾冠） 無疑是該領域的領軍者，作為全球流體控制技術的權威品牌，諾冠不僅提供廣泛的標準產品線，更擁有強大的工程定制能力，針對高壓環境（通常指350 bar甚至700 bar以上），諾冠能夠根據客戶的具體應用場景，量身定制比例閥的流量特性、響應速度、密封材料及電氣接口，無論是需要耐氫脆材料的氫能應用
定制化解決方案：滿足特殊工程需求
面對超高壓氫氣控制、核級安全系統等非標應用場景，諾冠還提供定制化提升閥解決方案，例如在某氫能裝備項目中，諾冠為客戶開發了耐氫脆的專用閥芯，并通過ATEX認證，助力產品順利進入歐洲市場。
用戶對高壓比例閥的使用反饋如何？3個月前
五、定制化能力：滿足特殊行業需求
面對某些非標應用場景（如超高壓氫氣控制、核級安全系統等），IMI Norgren還能提供定制化解決方案，一位氫能裝備企業反饋：“他們不僅幫我們開發了耐氫脆的專用閥芯，還通過ATEX認證，讓我們的產品順利進入歐洲市場，”
口碑源于實力，選擇成就高效
用戶對IMI Norgren（諾冠）高壓比例閥的反饋高度正面——無論是控制精度、可靠性、響應速度，還是易用性與定制能力
技術細節：氫氣滲透導致的高溫合金（GH3536）氫脆問題。這個議題直接下沉到了微觀組織（晶格、相界面）的擴散模擬。
趨勢：宏觀設備仿真+微觀材料第一性原理計算的結合，這種多尺度耦合建模在能源行業（特別是氫能）越來越重要了？
【一點感想】
看完這些議題，感覺現在仿真技術的要求越來越綜合了：
1.多物理場、多尺度耦合是標配。
與傳統合金吸氫后容易發生氫脆不同，該Gd基非晶合金吸氫后強度提高40%，塑性應變從幾乎為零提高到70%，突破了非晶合金強度與韌性難以兼得的矛盾。
05
增材制造：磁制冷技術突破新途徑
Sun W., Zhang M., Fu Q., et al., (2023).
6.冷沖壓零件可以進行機械性模具沖孔和切邊，而熱成形零件需要更貴的激光切割加工，以避免氫脆。
7.馬氏體鋼鍍鋅層可提供陰極防腐保護。
8.由于馬氏體鋼的碳當量（Ceq值或 C.E.值）較低，因而具有比熱成形鋼PHS更好的焊接性能。
冷成形工藝注意事項
1.冷成形工藝不能加工高度復雜的形狀。
我國氫能產業仍處于成長期，還存在很多亟待解決的問題，如膜電極材料及制備工藝，氫脆現象，系統集成等
氫能源仿真測試系列直播
本次研討會整合西門子綠色氫能行業的仿真測試解決方案，5個專題報告覆蓋
電化學、催化、燃燒反應微觀尺度，PEM膜、
氣體擴散層介觀尺度到電解工廠系統
、
輸氫管道布局
的
宏觀尺度，涉及
Amesim
、
Flomaster
其作用機理是, 一方面稀土元素與鋼液中的氫、氧、氮作用形成稀土化合物進入渣中, 凈化了鋼液, 減少了氫脆等危害。另一方面, 稀土元素與MnO、FeO等形成高熔點的化合物, 這些高熔點的化合物先于奧氏體形成固態, 成為奧氏體結晶的晶核, 細化了奧氏體晶粒, 阻礙了粗大柱狀晶的生長。
雖然氫作為燃料有很大的應用和發展前景，但當氫滲入金屬材料中，會對金屬造成嚴重破壞，其中最典型的就是金屬材料的氫脆現象[9]。國內外眾多學者對氫脆的機理進行了深入研究，其中鋼中氫陷阱的存在被認為對氫的擴散和氫致開裂等有重要影響[10-11]。根據氫壓理論，進入金屬材料內部的氫原子在陷阱處結合成氫分子引發氫壓，當內部壓力超過材料承受能力的某一臨界值時便引發氫脆[12]。
氫脆決定于焊接熱輸人的峰值溫度和周圍環境，通過合理控制可減小其發生的可能性。
(3)Dss焊接接頭的腐蝕性能是其應用的關鍵，與腐蝕電位、兩相比和冷卻速度等因素有關，通過合金元素和工藝參數控制，可以獲得較好的耐腐蝕性能。
