氫脆的案例
科普：氫能應用的大BUG——氫脆的前世今生
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(zhì)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(shù)人員必須掌握避免和消除氫脆的技術(shù)，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(xiàn)象
氫脆通常表現(xiàn)為應力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象。曾經(jīng)出現(xiàn)過汽車彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件，在裝配之后數(shù)小時內(nèi)陸續(xù)發(fā)生斷裂，斷裂比例達40%～50%。某特種產(chǎn)品鍍鎘件在使用過程中曾出現(xiàn)過批量裂紋斷裂，曾組織過全國性攻關(guān)，制訂嚴格的去氫工藝。另外，有一些氫脆并不表現(xiàn)為延遲斷裂現(xiàn)象，例如：電鍍掛具(鋼絲、銅絲)由于經(jīng)多次電鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用中經(jīng)常出現(xiàn)一折便發(fā)生脆斷的現(xiàn)象;獵Qiang精鍛用的芯棒，經(jīng)多次鍍鉻之后，墮地斷裂;有的淬火零件(內(nèi)應力大)在酸洗時便產(chǎn)生裂紋。這些零件滲氫嚴重，無需外加應力就產(chǎn)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(xiàn)象的產(chǎn)生是由于零件內(nèi)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(chǎn)生巨大的壓力，這個壓力與材料內(nèi)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(fā)生。氫脆既然與氫原子的擴散有關(guān)，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(guān)。因此，氫脆通常表現(xiàn)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(chǎn)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 什么是“金屬氫脆”現(xiàn)象？該如何解決？
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(zhì)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(shù)人員必須掌握避免和消除氫脆的技術(shù)，以使氫脆的影響降低到最低限度。
什么是“氫脆”
01
氫脆現(xiàn)象
氫脆通常表現(xiàn)為
應力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象
。曾經(jīng)出現(xiàn)過汽車彈簧、墊圈、螺釘、片簧等鍍鋅件，在裝配之后數(shù)小時內(nèi)陸續(xù)發(fā)生斷裂，斷裂比例達40%～50%。某特種產(chǎn)品鍍鎘件在使用過程中曾出現(xiàn)過批量裂紋斷裂，曾組織過全國性攻關(guān)，制訂嚴格的去氫工藝。另外，有一些氫脆并不表現(xiàn)為延遲斷裂現(xiàn)象，例如：電鍍掛具（鋼絲、銅絲）由于經(jīng)多次電鍍和酸洗退鍍，滲氫較嚴重，在使用中經(jīng)常出現(xiàn)一折便發(fā)生脆斷的現(xiàn)象；精鍛用的芯棒，經(jīng)多次鍍鉻之后，墮地斷裂；有的淬火零件（內(nèi)應力大）在酸洗時便產(chǎn)生裂紋。這些零件滲氫嚴重，無需外加應力就產(chǎn)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(xiàn)象的產(chǎn)生是由于零件內(nèi)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(chǎn)生巨大的壓力，這個壓力與材料內(nèi)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(fā)生。氫脆既然與氫原子的擴散有關(guān)，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(guān)。因此，氫脆通常表現(xiàn)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 預應變對奧氏體不銹鋼焊接接頭微觀組織和氫脆的影響
【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(xiàn)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(huán)境的承載構(gòu)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(chǎn)生應變硬化的同時也會使其組織發(fā)生明顯改變，如亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼在塑性變形過程中會經(jīng)歷從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)棣痢漶R氏體的應力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)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(huán)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(fā)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(zhuǎn)移至母材，研究人員提出失效位置的轉(zhuǎn)變與焊縫、母材不同的應力誘發(fā)α′馬氏體轉(zhuǎn)變傾向有關(guān)。
展開 Corros. Sci. : 熱處理對PH13-8鋼氫致斷裂行為的影響
然而，PH13-8Mo常因氫脆作用發(fā)生失效。作為一種高強鋼，氫脆使其在低應力水平下發(fā)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(tǒng)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(fā)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(jīng)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(jīng)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(jié)構(gòu)、機械性能和斷口形貌的影響。研究結(jié)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(qū)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(guān)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 
為什么含碳量高的鋼材容易斷裂？
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(chǎn)生的。事實上，這種氫脆敏感性是與碳含量密切相關(guān)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(xiàn)象或氫脆現(xiàn)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(fā)兼具優(yōu)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(shù)關(guān)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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展開 百煉成鋼，為什么鐵越打越好？
碳含量的增大，鋼材內(nèi)部就會析出碳化物，在電化學腐蝕反應的作用下，氫脆可能性就會增大，為了確保鋼具備優(yōu)秀的耐腐蝕性和抗氫脆性，對碳化物的析出和體積分數(shù)的控制進行是有效的控制方法。
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(chǎn)生的。事實上，這種氫脆敏感性是與碳含量密切相關(guān)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(xiàn)象或氫脆現(xiàn)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(fā)兼具優(yōu)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(shù)關(guān)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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展開 汽車緊固件熱處理工藝技術(shù)及其發(fā)展,非常好的資料！
8級及以上緊固件高強化也起著十分重要的作用，但是隨著強度的提高，由氫脆引發(fā)的斷裂就成為一個十分突出的問題，在熱處理過程中要進行驅(qū)氫處理。
研究表明，實際使用的緊固件在自然環(huán)境下發(fā)生氫脆斷裂主要是淬火回火的馬氏體鋼，發(fā)生在屈服強度>620MPa，硬度HRC值> 31的高強度材料中。抗拉強度越高，對氫脆越敏感，材料越容易吸氫，而驅(qū)氫越不容易。
一般認為，當強度達到1050MPa以上才會發(fā)生氫脆斷裂。GB/T 52671規(guī)定，當心部或表面硬度的HV值> 320時，應通過試驗對氫脆進行檢驗，并進行驅(qū)氫處理，就是說，性能等級10.9級及以上的電鍍螺栓，都應該采用低氫工藝并進行驅(qū)氫。從國外資料看，汽車緊固件發(fā)生氫脆斷裂的強度閾值可能會下降到1000MPa
金相組織對碳素鋼、合金鋼的氫敏感性影響很明顯。回火馬氏體、上貝氏體（粗），下貝氏體（細）、索氏體、珠光體、奧氏體對氫的敏感性依次降低。回火馬氏體對氫脆的敏感性最強，因此在熱處理時可通過調(diào)整熱處理工藝，減少回火馬氏體組織的生成。比如采用等溫淬火就會使發(fā)生氫脆斷裂的閾值提高100MPa左右，這是因為等溫淬火生成的下貝氏體組織對氫脆的敏感性比回火馬氏體低。
汽車緊固件調(diào)質(zhì)熱處理是在高溫下進行的，為了減少熱處理過程中材料表面的氧化，常常在加熱爐中加入保護氣氛。如果保護氣氛中含有氫化物，就有可能在熱處理過程中吸氫，增加緊固件氫脆風險。
另外，熱處理工藝與電鍍后的驅(qū)氫效果密切相關(guān)，淬火形成的殘余應力對氫脆影響明顯。殘余（拉）應力消除得越充分，電鍍后驅(qū)氫的效果就越好，氫脆斷裂的閾值也就越高，這種情況在高強度螺栓的生產(chǎn)中表現(xiàn)的最明顯。IS09581把消除殘余應力作為減小氫脆風險的重要措施之一。
為防止產(chǎn)生氫脆，1000~1300MPa高強度緊固件必須在電鍍后驅(qū)氫。
展開 高溫氫腐蝕知識。
高溫氫腐蝕的特點：
氫脆
由氫本身引起鋼材脆化現(xiàn)象。氫原子滲入鋼材后，使鋼材晶粒結(jié)合力下降，而造成鋼材的延伸率和斷面收縮率的下降或出現(xiàn)延遲破壞現(xiàn)象。若氫氣由鋼材中釋放出去，鋼材的機械性能仍可恢復。氫脆為暫時的，可通過鋼材加熱使氫脆消除。
表面脫碳
鋼材與高溫氫接觸后，形成表面脫碳。表面脫碳不形成裂紋，其影響是強度及硬度略有下降，而延伸率增高。
氫腐蝕(內(nèi)部脫碳)
高溫高壓下的氫滲入鋼材之后和不穩(wěn)定碳化物形成甲烷。鋼中甲烷不易逸出，而使鋼材產(chǎn)生裂紋及鼓泡，并使強度和韌性顯著下降。其腐蝕反應是不可逆的，是永久性脆化。
影響氫腐蝕的主要因素：
1.高溫氫腐蝕的特征：
高溫氫腐蝕是在高溫高壓條件下擴散侵入鋼材中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學反應，生成甲烷氣泡（包含甲烷的成核過程和成長），即Fe3+H2→CH4+3Fe，并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集，引起鋼材強度、延性和韌性下降與劣化，同時發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化現(xiàn)象是發(fā)生化學反應的結(jié)果，所以它具有不可逆的性質(zhì)，也稱為永久脆化現(xiàn)象。
在高溫高壓氫氣中操作的設備所發(fā)生地高溫氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳，二是內(nèi)部脫碳。
2.影響高溫氫腐蝕的主要因素：
a.溫度、壓力和暴露時間的影響。溫度越高或者壓力越高發(fā)生高溫腐蝕的起始時間就越早，腐蝕速率越大；
b.合金元素和雜質(zhì)元素的影響。氫腐蝕的機理是不穩(wěn)定碳化物的分解，所以在鋼材中添加能形成穩(wěn)定碳化物的元素（鉻、鉬、釩、鈦、鎢）就可使碳的活性降低，從而提高鋼材抗氫腐蝕的能力。
展開 【表面處理】緊固件的表面處理一電鍍，一文全懂！
4、氫脆
緊固件在加工和處理過程中,尤其在鍍前的酸洗和堿洗以及隨后的電鍍過程中,表面吸收了氫原子沉積的過程中產(chǎn)生氫。當緊固件擰緊時,氫朝著應力最集中的部分轉(zhuǎn)移,引起壓力增高到超過它的強度并產(chǎn)生微小的表面破裂,氫滲入到新形成的裂隙中去。這種壓力-破裂-滲入的循環(huán)一直繼續(xù)到緊固件斷裂。通常發(fā)生在第一次應力應用后的幾個小時之內(nèi)。為了消除氫脆的威脅,緊固件要在鍍后3小時內(nèi)加熱烘烤,以使氫從鍍層中滲出,通常在200℃左右的溫度下進行,處理時間根據(jù)其要求的抗拉強度來決定。
由于機械鍍鋅是非電解質(zhì)的,這實際上消除了氫脆的威脅,因此熱浸鍍的緊固件很少發(fā)生氫脆。
四、緊固件的熱處理:
熱處理是將緊固件通過一定的加熱,保溫和冷卻,使其內(nèi)部組織發(fā)生變化從而獲得預期的性能、組織和結(jié)構(gòu)的工藝過程。退火、正火、淬火、回火是熱處理中的“四把火”,其中的淬火與回火關(guān)系密切,常常配合使用,缺一不可。
退火是將工件加熱到適當溫度并保溫一定時間,然后進行緩慢冷卻,使其內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài),使前道工序產(chǎn)生的內(nèi)部應力得以釋放,獲得良好的工藝性能和使用性能為進一步淬火作準備。（我們推薦你關(guān)注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業(yè)信息）
正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻,正火的效果同退火相似,只是得到的組織更細,常用于改善材料的切削性能,可用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
淬火是將工件加熱保溫后,在水、油或其他無機鹽溶液、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。
回火是將淬火后的工件在高于室溫而低于650℃的適當溫度下進行較長時間的保溫,再進行冷卻,它可降低淬火后工件的脆性。
四把火隨著加熱溫度和冷卻方式的不同,又演變出不同的熱處理工藝。
展開 硫化氫傳感器在石油鉆井液硫化氫監(jiān)測中的應用
硫化氫溶于水形成弱酸，對金屬的腐蝕形式有電化學失重腐蝕、氫脆和硫化物應力腐蝕開裂,以后兩者為主，一般統(tǒng)稱為氫脆破壞。氫脆破壞往往造成井下管柱的突然斷落、地面管匯和儀表的爆破、井口裝置的破壞，甚至發(fā)生嚴重的井噴失控或著火事故。
硫化氫對鉆井液的污染：
硫化氫主要是對水基鉆井液有較大的污染。它會使鉆井液性能發(fā)生很大變化，如密度下降，pH值下降，粘度上升，以至形成流不動的凍膠；顏色變?yōu)橥呋疑⒛蚰G色。從而使鉆井液的流變性能變差，形成固定的凝膠。給施工人員帶來安全威脅。因此一般在石油鉆井勘探開發(fā)中，應充分注意硫化氫存在的可能性，及時預防和采取必要措施減少硫化物氫氣對操作人員和設備的危害，工采網(wǎng)代理的硫化氫傳感器H2S-A1可快速監(jiān)測石化生產(chǎn)過程中硫化氫濃度。Alphasense硫化氫H2S-A1傳感器高靈敏度，高分辨率，線性度好，重復性好，自身的量程小，而且抗干擾能力強，用在石油開采過程中的硫化氫檢測是非常合適的選擇。
電化學硫化氫傳感器(H2S傳感器)H2S-A1特點：
電化學原理
4系大小
H2S的量程：0~100ppm
線性輸出
可以抗NH3，H2，C2H4的干擾
展開 高溫氫腐蝕知識。
高溫氫腐蝕的特點：
氫脆
由氫本身引起鋼材脆化現(xiàn)象。氫原子滲入鋼材后，使鋼材晶粒結(jié)合力下降，而造成鋼材的延伸率和斷面收縮率的下降或出現(xiàn)延遲破壞現(xiàn)象。若氫氣由鋼材中釋放出去，鋼材的機械性能仍可恢復。氫脆為暫時的，可通過鋼材加熱使氫脆消除。
表面脫碳
鋼材與高溫氫接觸后，形成表面脫碳。表面脫碳不形成裂紋，其影響是強度及硬度略有下降，而延伸率增高。
氫腐蝕(內(nèi)部脫碳)
高溫高壓下的氫滲入鋼材之后和不穩(wěn)定碳化物形成甲烷。鋼中甲烷不易逸出，而使鋼材產(chǎn)生裂紋及鼓泡，并使強度和韌性顯著下降。其腐蝕反應是不可逆的，是永久性脆化。
影響氫腐蝕的主要因素：
1.高溫氫腐蝕的特征：
高溫氫腐蝕是在高溫高壓條件下擴散侵入鋼材中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學反應，生成甲烷氣泡（包含甲烷的成核過程和成長），即Fe3+H2→CH4+3Fe，并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集，引起鋼材強度、延性和韌性下降與劣化，同時發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化現(xiàn)象是發(fā)生化學反應的結(jié)果，所以它具有不可逆的性質(zhì)，也稱為永久脆化現(xiàn)象。
在高溫高壓氫氣中操作的設備所發(fā)生地高溫氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳，二是內(nèi)部脫碳。
2.影響高溫氫腐蝕的主要因素：
a.溫度、壓力和暴露時間的影響。溫度越高或者壓力越高發(fā)生高溫腐蝕的起始時間就越早，腐蝕速率越大；
b.合金元素和雜質(zhì)元素的影響。氫腐蝕的機理是不穩(wěn)定碳化物的分解，所以在鋼材中添加能形成穩(wěn)定碳化物的元素（鉻、鉬、釩、鈦、鎢）就可使碳的活性降低，從而提高鋼材抗氫腐蝕的能力。
展開 
天然氣摻氫輸送技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景
受氣體物性差異、管道材質(zhì)特性、摻氫比和外部環(huán)境等影響，氫氣摻入天然氣管道后容易產(chǎn)生氫脆、滲透和泄漏等風險。管道鋼級越高越容易受氫氣影響，X80、X70比X60更易發(fā)生氫致開裂。氫氣壓力、純凈度、環(huán)境溫度、管道強度水平、變形速率、微觀組織等因素均會影響氫氣對管道的損傷程度，低強度鋼，如：API5LA、API5LB、X42和X46等，適合加氫天然氣的輸送。氫氣濃度低于50%時，管道不易發(fā)生嚴重斷裂；管輸壓力低于2MPa時，管道不易在缺陷處發(fā)生氫致裂紋擴展。氫脆問題不僅取決于管材本身，同時與管道的服役狀況有關(guān)。
如果在之前的服役中，管道內(nèi)壓力起伏波動較大，管道可能會產(chǎn)生疲勞損傷，會增大發(fā)生氫脆的概率。浙江大學通過實驗獲取了不同摻氫比的X70、X80管道鋼的力學性能，研究了含氫天然氣環(huán)境中管道鋼性能劣化規(guī)律、疲勞壽命和斷裂安全評估等，發(fā)現(xiàn)高壓含氫天然氣環(huán)境中管道鋼的疲勞裂紋擴展速率比不含氫環(huán)境中的約提高一個數(shù)量級，摻氫后X80管道疲勞壽命顯著降低，不摻氫管道的疲勞壽命是摻氫比為50％管道的22.8倍。
一般來說，管道鋼等級越高、服役年限越長，氫脆敏感性越大，承受氫氣摻混量越小。因此，在對天然氣管道進行摻氫輸送時，需針對管道基礎設施進行整體的適應性分析與評價。
展開 周池樓(本刊青年編委),等：鋼中夾雜物對氫擴散行為的影響規(guī)律
雖然氫作為燃料有很大的應用和發(fā)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(xiàn)象[9]。國內(nèi)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(jù)氫壓理論，進入金屬材料內(nèi)部的氫原子在陷阱處結(jié)合成氫分子引發(fā)氫壓，當內(nèi)部壓力超過材料承受能力的某一臨界值時便引發(fā)氫脆[12]。通常把能夠與氫應變場產(chǎn)生相互作用并把氫吸引在自己周圍的各種缺陷和第二相稱為氫陷阱。一般來說，不可逆的氫陷阱包括非金屬夾雜物[13]、析出相[14]、高角度晶界[15]和位錯核[16]。Hara等[17]和Huang等[18-19]對鋼中氫致裂紋進行微觀表征發(fā)現(xiàn)，非金屬夾雜物是裂紋形核的主要位置。Hejazi等[20]進一步研究指出，鋼中球狀的氧化鋁、氧化鈣夾雜和細長的硫化錳夾雜是對材料抗氫脆性能最不利的夾雜物。張瑞穎等[21]對焊件焊縫位置處的氫致裂紋進行了研究，通過對比鋼中含氧和含氮的夾雜物對裂紋萌生的影響發(fā)現(xiàn)，鋁、鎂、鈣等元素的氧化物夾雜處更易萌生氫致裂紋，而氮化物夾雜卻不易誘發(fā)氫致裂紋。
鋼的滲氫動力學參數(shù)可以有效反映鋼內(nèi)部顯微組織對氫原子的捕獲能力，擴散通量（J）、表觀擴散系數(shù)（Dapp）越大，鋼的顯微組織阻礙氫原子擴散的能力越小；J、Dapp越小，顯微組織對氫原子自由擴散的阻礙能力越大。相關(guān)研究結(jié)果表明，鋼的氫滲透動力學參數(shù)能夠在一定程度上作為評估其氫脆敏感性的標準，鋼的Dapp越高，就可以推測其具有較低的氫脆敏感性，結(jié)果就表現(xiàn)為具有較好的抗氫致開裂性能[22]。
展開 材料缺陷引起的失效
圖10-9 從斷口上取樣位置示意圖
圖10-10以碳化物顆粒為源的脆性斷裂×350
圖10-11氫脆斷口 ×700 圖10-12沿晶和穿晶的二次裂紋 ×1050
在圖10-9，1，2，3，4位置斷口上皆見到碎條狀氫脆斷口的特征見圖10-11。在斷口上還見到較多的穿晶或沿晶的二次裂紋見圖10-12。各斷口上未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷。
3. 金相組織
金相組織檢驗結(jié)果見下表及圖10-13和圖10-14。
表：金相組織
圖10-13層片珠光體+網(wǎng)狀碳化物(試樣2.4)x 300
圖10-14索氏體(試樣7) ×300
4．機械性能
機械性能測試結(jié)果見下表。
表：機械性能
5. 化學成分
化學成分分析結(jié)果見下表。
表：化學成分
6. 氫含量
氫含量分析結(jié)果見下表。
表：氫含量
7. 分析
此支承輥材質(zhì)為70Cr3Mo，這種材質(zhì)對氫脆的敏感性隨碳含量的增加而增加。鉻在4％的范圍內(nèi)，對氧的敏感性隨鉻含量的增加而增加。從斷口的微觀分析中可知此輥心部很脆，裂紋敏感性很強。一點點非金屬夾雜物或碳化物顆粒都可成為脆性開裂的裂源。
從靠近心部的幾個斷口上皆發(fā)現(xiàn)有氫脆斷口的微觀形貌特征。從氫含量的數(shù)據(jù)看氫含量并不高，這主要是由于軋輥斷裂后仃放了一個多月才取樣，定氫試樣加工完后又沒及時分析，又經(jīng)過了近一周的時間才分析，所以氫已大部分逸出。
氫脆對斷面收縮率影響最為明顯，取樣加工成拉伸試樣后立刻做機械性能試驗，氫的影響就比較明顯。從機械性能數(shù)據(jù)來看，位于心部的幾個試樣斷面收縮率很低。不同位置斷面收縮率的高低正好與氧含量的高低相對應。
從化學分析來看心部碳、磷、鉻偏高。
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不存在氫脆問題，并且扭矩—預緊力一致性能很好。如不考慮價鉻和環(huán)保問題，它實際上最適用于高防腐要求的高強度緊固件。
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