氢能够导致合金材料发生多种样式损坏,如氢致滞后断裂、氢脆及高温氢腐蚀等,其中氢脆(Hydrogen Embrittlement,HE)指在应力和氢这两种因素的共同作用下引起金属塑性降低、产生损伤或断裂的现象,氢脆又被称为氢损伤或氢致开裂,不仅能够降低金属材料的断面收缩率,同时也会使金属材料的冲击韧性值和疲劳寿命得到显著降低。氢脆在小于金属断裂强度的拉伸作用条件下,经过一段时间后能够导致金属产生忽然脆断,这种脆断是在没有预兆的情况下发生的,因而氢脆的破坏性和危险性是极大的,并且材料发生氢脆能够引起较低应力下的开裂、断裂及爆炸等事故,危害人身安全并且容易带来财产的严重损耗。


  双相不锈钢由于其较优的抗腐蚀能力及力学性能,在油气运输业、炼油化工业及石油天然气开采等领域得到越来越多的使用,在这些使用环境中,双相不锈钢面临最主要的腐蚀问题为氢脆。氢主要留存于钢的晶格间隙中,同时也会以原子的形态留在钢的组织缺陷处,钢的组织缺陷主要包括位错、晶界、空位、微孔洞及第二相微粒等。通常情况下,合金晶格缺陷周边区域都会具有应变场和应力,有助于将氢吸引在晶格缺陷周边进而能够捕获氢;另外,在扩散机制作用下,金属或合金的晶格间隙点及内部氢陷阱点的氢原子会达到一个平衡。


 氢脆的发生与氢有着十分密切的联系,其中氢的来源主要有两个方面,即内氢和外氢。


1. 内氢


  内氢是指在冶炼、酸洗、焊接等过程中导致钢内部存在氢,即钢在使用和实验之前就已经存在氢,例如,在冶炼钢的进程中,炉内部的水发生分解进而导致氢的生成;钢在电镀前和热处理后全部要经过酸洗这一过程,在这过程中钢跟酸会进行电化学反应进而导致氢在阴极区生成,这些氢中有的会扩散到钢的内部;焊接是一种局部冶炼过程,涉及焊缝金属的融化和凝固,当焊条药皮或者环境中含有较多水分时,在焊接的局部高温下也可以将氢代入熔池,容易将氢引入到金属内部进而造成与白点类似的问题,于焊接热影响区产生焊接冷裂纹。


2. 外氢


  外氢是指材料本身含氢量较少,但是在致氢气体中及在氢气中工作或者腐蚀的阴极过程中都有可能引入氢,这些氢都可以在钢的表面形成原子氢进入到钢的内部,例如:石化工业中的反应塔等受力结构钢件是在具有氢或者硫化氢环境中进行工作的,由于工作环境中存在氢并且氢进入到金属内部进而导致应用结构钢件氢脆的产生;又如析氢腐蚀过程中生成的氢大部分是因为钢存在于H+的介质中,其表面与含氢物质发生反应生成[H]或者H2,气态氢或者吸附在钢表面或者发生分解进而形成活性氢原子,能够进一步导致钢发生脆化。