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金属腐蚀失效分析4

6.2.7氢损伤

氢损伤指的是金属材料由于含有氢或与氢相互作用而导致力学性能变坏的现象。按照氢损

伤发生的温度条件可以分为氢脆与氢腐蚀；按照氢损伤是否可以通过消氢处理恢复材料原来的

力学性能分为可逆与不可逆氢损伤。

①氢脆。氢脆可以包括氢压裂纹（钢中白点、HS诱发裂纹、焊接冷裂纹和充氢或酸洗裂

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纹）、和氢致滞后断裂等。图23和图24是低合金钢的氢脆断口形貌。

图2316MnR氢致混合断口图2416MnR氢致断口表面的氢鼓泡

②氢致相变导致的氢脆。很多金属能形成稳定的氢化物。氢化物是一种脆性中间相，一旦有

氢化物析出，材料的塑性和韧性就会下降，即氢化物析出导致材料变脆。氢化物脆、氢致马氏

体相变是一种氢致相变引起的氢脆。

大量实验表明，不稳定型奥氏体不锈钢在电解充氢时会发生氢致马氏体相变，形成ε相或

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α相马氏体，一般认为，氢致马氏体相变的本质和冷加工诱发马氏体相变相同。氢还能使奥

氏体的层错能下降。图25是不稳定型奥氏体不锈钢在HS溶液中充氢形成氢致马氏体的金相

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组织形态及开裂后断口的氢致马氏体形态。

a）氢致马氏体的金相组织形态b）开裂后断口的氢致马氏体形态

图25奥氏体不锈钢在HS溶液中充氢形成氢致马氏体的金相组织形态及开裂后断口的氢致马氏体形态。

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③氢致滞后断裂。在恒载荷（或恒位移）条件下，原子氢通过应力诱导扩散富集到临界值后

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就引起氢致裂纹的形核、扩展从而导致低应力断裂的现象称为氢致滞后断裂。所谓滞后是指氢

扩散富集到临界值需要经过一段时间，故加载后要经过一定时间后氢致裂纹才会形核和扩展。

如把原子氢除去后就不会发生滞后断裂，故它也是可逆的。

无论是慢应变速率拉伸（氢致可逆塑性损失）还是恒载荷下的氢致滞后断裂，氢致断裂可

能获得韧性断口，称为氢致（促进）韧断，这时断口形貌是韧窝（它是韧断标志），见图

26；也可能获得脆性断口（沿晶、解理或准解理）见27图。氢致断口，也可能存在不同的形

貌区。如断口起始部分（K小）为沿晶，中间扩展部分为准解理，最后瞬断部分为韧窝。不充

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氢的断口一般是以韧窝为主；随充入的氢量升高，沿晶和准解理部分增加。

图26氢致断裂可能获得韧性断口，韧窝底部有夹杂

a）韧性与脆性混合断口b）脆性解理断口

图27氢致断裂脆性断口（沿晶、解理或准解理）

④氢腐蚀。氢腐蚀实质是氢致化学变化导致的氢脆。在高温高压下氢进入钢中后与碳化物反

应生成甲烷，形成的CH分子不能从钢中扩散出来，就在晶界夹杂物处形成气泡，并有很大压

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力。随着CH的不断形成，气泡不断长大，当气泡中CH的压力大于材料在该温度下的强度时

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就会使气泡转化成裂纹。环境H的压力愈高，温度愈高，则甲烷气泡中的压力就愈大，当甲烷

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