氢腐蚀

氢腐蚀
在合成氨工业、石油加氢裂解及其他一些化工工艺中，常遇到氢在反应介质中占有很大比例的混合气体，而且这些化学反应过程又多是在高温、高压下进行的，例如合成氨的压力通常在31.4MPa，温度一般在470～500℃左右。
在较低温度和压力(温度≤200℃，压力≤4.9MPa)下，氢气对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀作用。但是，在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“红腐蚀”或“氢脆”。
铁碳合金在高温高压下的氢腐蚀过程可分为氢脆阶段和氢侵蚀阶段。
第一阶段为氢脆阶段。在该阶段，氢在与钢材直接接触时被钢材所吸附，并以原子状态向钢材内部扩散，溶解在铁素体中，形成固溶体。但是，在此阶段溶在钢中的氢并未与钢材发生化学作用，也未改变钢材的组织，在显微镜下观察不到裂纹，钢材的强度极限和屈服极限也无大改变。但是它使钢材塑性降低，冲击韧性值明显减少。钢材的这种脆性与氢在其中的溶解量成正比。材料处于氢脆阶段只要将材料进行消氢处理，其性能又可恢复为原来状态。
第二阶段为氢侵蚀阶段。这时，溶解在钢材中的氢气与钢中的渗碳体发生化学反应，生成甲烷气，从而改变了钢材的组织，其化学反应式为：
Fe3C+2H2-->3Fe+CH4
该化学反应常常在晶界处发生，生成的甲烷气也通常聚集在晶界原有的微观孔隙内，形成局部高压，引起应力集中，使得晶界变宽，从而产生更大的裂纹；或者在钢材表层夹杂等缺陷处聚集，形成气泡，使钢材的机械性能降低。另一方面，由于渗碳体在还原为铁素体时，其体积也将减小，因此，在钢材内部由于组织的体积变化而产生相应的组织应力，该应力与前述的内应力叠加在一起，将使得裂纹扩展。而裂纹的扩展又为氢和碳的扩散与反应提供了更加有利的条件。如此反复不断地进行下去，最后导致钢材完全脱碳，内部的裂纹形成网格，机械性能严重下降，甚至遭到破坏。
因为高压有利于氢气在钢中的溶解，而高温则增加了氢在钢的组织中的扩散速度及脱碳反应的速度，因此，铁碳合金的氢腐蚀随着压力和温度的升高而加剧。通常铁碳合金产生氢腐蚀都有一个起始温度和起始压力，它是衡量钢材抵抗氢腐蚀能力的一个指标。

氢脆的危害远超氧化烧损！