高溫氫腐蝕
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
高溫氫腐蝕的實例教程
高溫氫腐蝕的特點：
氫脆
由氫本身引起鋼材脆化現象。氫原子滲入鋼材后，使鋼材晶粒結合力下降，而造成鋼材的延伸率和斷面收縮率的下降或出現延遲破壞現象。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(內部脫碳)
高溫高壓下的氫滲入鋼材之后和不穩定碳化物形成甲烷。鋼中甲烷不易逸出，而使鋼材產生裂紋及鼓泡，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定的碳化物發生化學反應，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，同時發生晶間斷裂。由于這種脆化現象是發生化學反應的結果，所以它具有不可逆的性質，也稱為永久脆化現象。
在高溫高壓氫氣中操作的設備所發生地高溫氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳，二是內部脫碳。
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.合金元素和雜質元素的影響。氫腐蝕的機理是不穩定碳化物的分解，所以在鋼材中添加能形成穩定碳化物的元素（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 高溫氫腐蝕的特點：
氫脆
由氫本身引起鋼材脆化現象。氫原子滲入鋼材后，使鋼材晶粒結合力下降，而造成鋼材的延伸率和斷面收縮率的下降或出現延遲破壞現象。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(內部脫碳)
高溫高壓下的氫滲入鋼材之后和不穩定碳化物形成甲烷。鋼中甲烷不易逸出，而使鋼材產生裂紋及鼓泡，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定的碳化物發生化學反應，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，同時發生晶間斷裂。由于這種脆化現象是發生化學反應的結果，所以它具有不可逆的性質，也稱為永久脆化現象。
在高溫高壓氫氣中操作的設備所發生地高溫氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳，二是內部脫碳。
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.合金元素和雜質元素的影響。氫腐蝕的機理是不穩定碳化物的分解，所以在鋼材中添加能形成穩定碳化物的元素（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 加氫裂化裝置存在的主要腐蝕類型主要有：氫損傷（包括高溫氫腐蝕、氫脆、氫致剝離）、高溫H2＋H2S腐蝕、連多硫酸腐蝕、Cr-Mo鋼的回火脆性、高溫S腐蝕、低溫部位的H2S+H2O腐蝕、H2S+NH3+H2O腐蝕。
1.氫損傷
【定義】由于氫原子擴散進入金屬本體或與金屬反應引起金屬材料性能的破壞稱為氫損傷。
【部位】氫損傷發生的主要部位在：高溫、高壓氫氣環境下的反應系統設備和管線。
【分類】氫損傷主要可以分為：氫脆、高溫氫腐蝕和氫致剝離。
（1）氫脆
【定義】鋼在臨氫條件下使用，氫以原子狀態擴散浸入晶格內、又以分子狀態聚集于晶界或非金屬夾渣物周圍。
【特征】物理過程，可逆的，稱為一次脆化現象。材料的抗拉強度或硬度沒有特別大的變化，但是在常溫條件下材料的缺口強度或韌性降低，有時還產生裂紋。受到氫脆的材料經過脫氫處理后，如果沒有產生裂紋，其延性和韌性都能得到恢復。
（2）高溫氫腐蝕
【定義】氫在高溫(T>220℃)高壓下與合金中的夾雜物（碳合物F3C或固溶碳C）或合金添加物(如Si)發生化學反應，生成高壓氣體。從而導致鋼材產生脫碳和結晶界裂紋。受到高溫氫腐蝕的材料的抗拉強度和延性、韌性顯著降低。
【特征】高溫氫腐蝕與氫脆性質完全不同，它是化學反應過程，具有不可逆性，稱為永久脆化現象。高溫氫腐蝕主要有2種形式：一是表面脫碳；一是內部脫碳。
鋼材與氫接觸后可產生表面脫碳。表面脫碳不會產生裂紋，但材料的強度和硬度稍有下降，而延伸率增加。發生的主要反應有：Fe3C+2H2→CH4＋3Fe。
展開 近期，中國科學院近代物理所科研人員在合金材料的高溫水腐蝕和輻照/腐蝕研究方面取得進展。
近代物理所核能工程材料室的研究人員針對超臨界水冷反應堆結構材料面臨的強輻照和高溫高壓水腐蝕環境，自主設計和建造了高溫高壓水動態腐蝕實驗裝置，用于反應堆候選結構材料的高溫水腐蝕和輻照/腐蝕模擬研究。該裝置運行的最高溫度為700 ℃、最高壓力為10 MPa、最快水流速為10 m/s、最低氧濃度為5 ppb。
圖1:高溫高壓水動態腐蝕裝置示意圖（劉超/圖）
利用蘭州重離子加速器（HIRFL）等裝置提供的重離子束和高溫高壓水動態腐蝕裝置，科研人員開展了超臨界水冷堆候選材料——SIMP和T91鐵素體/馬氏體鋼的高溫水腐蝕動力學及輻照/高溫水腐蝕行為研究。
結果表明，SIMP鋼比T91鋼具有更好的抗水腐蝕性能。研究還發現流速增強腐蝕現象以及流速對氧化膜的組成結構有顯著影響。重離子輻照/高溫高壓水腐蝕實驗結果證實，輻照導致材料腐蝕速率顯著增大。根據實驗結果，科研人員對材料的高溫水腐蝕行為及其在輻照環境下抗腐蝕性能退化的機制進行了探討。
這些成果為先進水冷堆候選材料的快速篩選和評價提供了重要的研究平臺、實驗方法和科學數據。
展開 腐蝕性很強的聚合物，包括產生鹽酸的聚氯乙烯、產生甲酸的縮醛以及產生氫氟 酸的含氟聚合物，而其他腐蝕性熔體中，一般含有阻燃劑和發泡劑。復合鋼、氮化鋼或工具鋼制成的標準機筒，可以在很短的時間內被含氟聚合物嚴重損壞。
如圖，如果機筒和螺桿的熱膨脹系數存在差異，就會產生咬合現象，這會對螺紋造成嚴重損害 耐腐蝕材料具有比標準鋼更低的熱膨脹系數（CTE），這可能會在加工高溫樹脂（如含氟聚合物）的過程中產生麻煩。
當機筒的熱膨脹系數與螺桿不同時，螺桿與機筒的間隙會發生變化，最終產生螺桿咬合和機筒損壞的問題。因此，保持螺桿和機筒的匹配很重要。
堅韌的增強材料和其他硬質顆粒對機筒和螺桿表面產生的磨損，可以通過使用堅硬的耐磨損合金和涂層來減輕。例如，用于機筒內襯和螺桿硬化表面的鎢合金可以提供極好的保護。
碳含量會影響合金的硬度。對于螺桿，中碳熱處理鋼通常被用來作為底層，將其硬化表面與螺紋頂部焊接起來。
螺桿常常用硬化鈷或鎳基焊件進行表面處理，也可以使用表面硬化或貫穿硬化的工具鋼制造。Colmonoy 56是一種鎳/鉻/硼合金，通常用于防止螺桿免遭輕度腐蝕性和輕度磨損樹脂的損傷。Colmonoy 83表面硬化可以提供更多的保護。
耐磨合金的雙金屬機筒內襯可在各種磨損情況下提供保護，并提供一系列的成本/性能選項，其中在耐腐蝕方面，性能最好的是用于注塑和擠塑的熱等靜壓機筒。甚至是含氟聚合物都對該類機筒沒有威脅。
該類機筒上有一層富含鎳的硼合金保護層，同時在該保護層中，含有鉬以及硼化物和碳化物的基體。
圖：螺桿表面受到的嚴重侵蝕是由機筒和螺桿不匹配造成的
有一條經驗法則是，螺桿與機筒的合理間隙一般是尺寸的1/1000。
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本案例利用comsol計算SOEC在波動電能輸入情況下的動態特性研究。
1.背景描述
為實現我國環境質量將實現根本性好轉，在能源方面將全面推進能源清潔化和高效化改革，進一步降低化石能源消費增長速度，全面推動化石能源減量化消費，“十四五”期間非化石能源占能源消費比例達到18%左右。風能、太陽能等可再生能源由于其環保特性，在電力生產中發揮著越來越重要的作用。但是，可再生能源具有高度的間歇性、
（2）高溫氫腐蝕
【定義】氫在高溫(T>220℃)高壓下與合金中的夾雜物（碳合物F3C或固溶碳C）或合金添加物(如Si)發生化學反應，生成高壓氣體。從而導致鋼材產生脫碳和結晶界裂紋。受到高溫氫腐蝕的材料的抗拉強度和延性、韌性顯著降低。
【特征】高溫氫腐蝕與氫脆性質完全不同，它是化學反應過程，具有不可逆性，稱為永久脆化現象。
PEEK聚醚醚酮（poly-ether-ether-ketone）是在主鏈結構中含有一個酮鍵和兩個醚鍵的重復單元所構成的高聚物，屬特種高分子材料。具有耐高溫、耐化學藥品腐蝕等物理化學性能。
PEEK因其分子含有大量苯環結構而表現出非常優越的綜合性能，具備優異的耐高溫（超過260℃）、耐腐蝕性，且擁有機械性能好、耐沖擊、自潤滑、阻燃等特性。今天
加氫反應器的損傷形式
高溫氫腐蝕
氫脆
高溫硫化氫的腐蝕
連多硫酸引起的應力腐蝕開裂
鉻—鉬鋼的回火脆性
奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離
來源：網絡
除高溫或抗氫腐蝕等專用場合外，一般情況不推薦使用。
9、347不銹鋼。鈮穩定化的奧氏體不銹鋼，添加鈮提高耐晶間腐蝕性能，在酸、堿、鹽等腐蝕介質中的耐蝕性同321不銹鋼，焊接性能良好，即可作耐蝕材料又可作耐熱鋼使用，主要用于火電、石化領域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類、工業爐中的爐管以及爐管溫度計等。
10、904L不銹鋼。
除高溫或抗氫腐蝕等專用場合外，一般情況不推薦使用。
9、347不銹鋼。鈮穩定化的奧氏體不銹鋼，添加鈮提高耐晶間腐蝕性能，在酸、堿、鹽等腐蝕介質中的耐蝕性同321不銹鋼，焊接性能良好，即可作耐蝕材料又可作耐熱鋼使用，主要用于火電、石化領域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類、工業爐中的爐管以及爐管溫度計等。
10、904L不銹鋼。
除高溫或抗氫腐蝕等專用場合外，一般情況不推薦使用。
9、347不銹鋼。
鈮穩定化的奧氏體不銹鋼，添加鈮提高耐晶間腐蝕性能，在酸、堿、鹽等腐蝕介質中的耐蝕性同321不銹鋼，焊接性能良好，即可作耐蝕材料又可作耐熱鋼使用，主要用于火電、石化領域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類、工業爐中的爐管以及爐管溫度計等。
10、904L不銹鋼。
除高溫或抗氫腐蝕等專用場合外，一般情況不推薦使用。
9、347不銹鋼。鈮穩定化的奧氏體不銹鋼，添加鈮提高耐晶間腐蝕性能，在酸、堿、鹽等腐蝕介質中的耐蝕性同321不銹鋼，焊接性能良好，即可作耐蝕材料又可作耐熱鋼使用，主要用于火電、石化領域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類、工業爐中的爐管以及爐管溫度計等。
10、904L不銹鋼。
14、高溫高壓氫腐蝕
在化工裝置加氫裂解、合成氨工業及其他一些化工工藝中，常遇到氫在反應介質中占有很大比例的混合氣體，而且這些化學反應過程，多在高溫、高壓下進行的，例如合成氨的壓力通常在31.4MPa，溫度一般在470～500℃左右。
在較低溫度和壓力(溫度≤200℃，壓力≤4.9MPa)下，氫氣對普通碳鋼及低合金鋼不會有明顯的腐蝕作用。
除高溫或抗氫腐蝕等專用場合外，一般情況不推薦使用。
9、347不銹鋼。鈮穩定化的奧氏體不銹鋼，添加鈮提高耐晶間腐蝕性能，在酸、堿、鹽等腐蝕介質中的耐蝕性同321不銹鋼，焊接性能良好，即可作耐蝕材料又可作耐熱鋼使用，主要用于火電、石化領域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類、工業爐中的爐管以及爐管溫度計等。
10、904L不銹鋼。
