浅谈氢在钢中的角色——氢致开裂

氢在钢中经常导致氢脆和开裂，今天主要探讨氢致开裂。

氢致开裂，英文名 Hydrogen-induced cracking (HIC)。氢致开裂通常发生在水溶液中，由于氢通过扩散进入钢的基体中，导致钢发生脆化和开裂。氢致开裂常常是因为在成型或精加工过程中偶然因素导致氢进入钢的基体。它通常受三方面因素影响，材料的性能、环境因素和应力因素。

充氢后样品表面鼓泡

在第二次世界大战期间，英国皇家空军一架喷火战斗机由于机械故障从空中坠落，飞行员当场毙命。这个事当局非常重视，失事飞机的零件全部被收集起来，并成立了专门的调查组调查飞机失事的原因。飞机失事起因了主轴断裂，在断裂主轴内部发现了很多细小的裂纹，当时称为发纹。

大约在1940年前后，中国科学院金属研究所的创建者李薰先生博士毕业后开始在英国谢菲尔德大学开始从事这项研究工作，解决这个问题的前提条件是如何定量测试和分析钢中的氢含量。随后，李薰先生发明了定氢仪，用于测定钢中的氢含量。最终证明是氢引起了飞机主轴的断裂。李薰先生也成为氢致开裂领域的创始人。

含有铬、镍的高强钢对氢很敏感，碳含量较高的钢氢致开裂的倾向更大，低碳钢不易发生氢致开裂，组织致密的锻件比组织疏松的铸件更易发生氢致开裂。氢原子渗透到钢内部以后，会降低晶粒间的原子结合力，使钢材的韧性下降。

氢致开裂的断口与其它脆性断口很相似，高强材料容易出现沿晶断口。对于低碳钢，在沿晶的小刻面上容易出现细小的，发育不完整的韧窝，有人称为“鸡爪纹”。

氢脆断口

氢致开裂具的滞后性，对于焊接构件，氢致开裂的发生具有突然性，会对人身和财产构成严重威胁，需要引起高度重视。

爆炸事故

如何消除金属中的氢是大家最关心的问题。某些钢材或用于特殊条件下的零件，必须进行除氢处理，例如飞机上使用的镀锌件都要经过除氢处理。弹性零件和高强度钢上镀锌也需要进行除氢。除氢采用加热处理法将氢从零件内部赶出去。除氢效果与除氢温度、保温时间有关。温度高，时间长除氢越彻底。

通常，可以将欲除氢的构件放置在真空烘箱内，在200～250℃温度下处理2～3h。热油中除氢能获得与在烘箱中除氢具有同样的效果，受热均匀，对设备要求也更为简单。

来源：金属材料科学与技术