什么是氢脆？钒含量对高强度螺栓钢抗氢脆性的影响？

什么是氢脆？钒含量对高强度螺栓钢抗氢脆性的影响？

氢脆-溶于钢中的氢

氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一经产生，就消除不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程（如电镀、焊接）中进入钢材内部的微量氢(10的负6次方量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。

氢脆的机理

氢脆的机理学术界还有争议，但大多数学者认为以下几种效应是氢脆发生的主要原因：

工业管道的氢脆现象可发生在实施外加电流阴极保护的过程之中:现阶段为了防止金属设备发生腐蚀，一般大型的工业管道都采用外加电流的阴极保护方式，但是这种方式也能引发杂散电流干扰的高风险，可导致过保护，引发防腐层的破坏及管材氢脆。

特殊情况

热处理的方法是将工件加热至某一温度，保温一段时间，缓冷，使氢随溶解度逐渐变小，逐渐析出。但加热会破坏镀层，因此热处理的方法对于经过电镀的工件并不适用。

防范方法

首先，尽量缩短酸洗时间；其次加缓蚀剂，减少产氢量。

氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀，但当温度超过300℃和压力高于30MPa时，会产生氢脆这种腐蚀缺陷，尤其是在高温条件下。如合成氨生产过程中的脱硫塔、变换塔、氨合成塔；炼油过程中的一些加氢反应装置；石油化工生产过程中的甲醇合成塔等。

氢脆-钢材中的氢会使材料的力学性能脆化，这种现象称为氢脆。主要发生在碳钢和低合金钢中。

1. (1)、减少金属中渗氢的数量，必须尽量减少高强度/高硬度钢制紧固件的酸洗，因为酸洗可加剧氢脆。在除锈和氧化皮时，尽量采用喷砂抛丸的方法，若洛氏硬度等于或大于HRC 32的紧固件进行酸洗时，必须在制定酸洗工艺时确保零件在酸中浸泡的时间最长不超过10分钟。并应尽量降低酸液的浓度，并保证零件在酸中浸泡的时间不超过10分钟；在除油时，采用清洗剂或溶剂除油等化学除油方式，渗氢量较少，若采用电化学除油，先阴极后阳极，高强度零件不允许用阴极电解除油；在热处理时，严格控制甲醇和丙烷的滴注量；在电镀时，碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。

2. (2)、采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层一般认为，在电镀Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb时，渗入钢件的氢容易残留下来，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度，渗氢较少。在满足产品技术条件要求的情况下，可采用不会造成渗氢的涂层，如机械镀锌或无铬锌铝涂层，不会发生氢脆，耐蚀性高，附着力好，且比电镀环保。
3. （3）镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大，镀前应进行回火处理，回火消除应力实际上可以减少零件内的陷阱数量，从而减轻发生氢脆的隐患。
4. ⑷、控制镀层厚度，由于镀层覆盖在紧固件表面，镀层在一定程度上会起到氢扩散屏障的作用，这将阻碍氢向紧固件外部的扩散。当镀层厚度超过2.5μm时，氢从紧固件中扩散出去就非常困难了。因此硬度<32HRC的紧固件，镀层厚度可以要求在12μm；硬度≥32HRC的高强度螺栓，镀层厚度应控制在8μmmax。这就要求在产品设计时，必须考虑到高强度螺栓的氢脆风险，合理选择镀层种类和镀层厚度.
   

钒含量对高强度螺栓钢抗氢脆性的影响

近年来，轻量化趋势在汽车领域日益重要，其中，轻量化螺栓在这一过程中起着重要作用。迄今为止，10.9级和12.9级高强度螺栓用钢已得到广泛应用。

众所周知，提高钢的强度是一项重要的轻量化措施，然而强度的增加通常会增加氢脆(HE)的敏感性，从而导致在使用中意外断裂。前期研究表明，通过在钢中添加合金化元素是提高材料介电常数的有效方法。

近期，一篇题为“Effect of vanadium content on hydrogen embrittlement of 1400 MPa grade high strength bolt steels”的论文发表在《International Journal of Hydrogen Energy》上。作者采用SSRT方法对不同V含量的1400MPa螺栓钢的HE值进行了评价。分析了实验钢的微观组织、氢扩散行为等特征。

作者分别研究了含钒量为0、0.17wt%和0.34wt%的1400MPa螺栓钢的氢脆(HE)特性。研究结果表明，随着氢浓度的增加，无V钢的HE迅速增加，而含0.34wt%V螺栓钢的HE缓慢增加。在V含量在0-0.34wt%范围内，其他元素含量基本相同的情况下，HE含量随V含量的增加而降低，说明V能有效提高螺栓钢的抗HE性。微观结构分析表明,由于添加了V元素，产生的VC析出相有效的阻止了氢的运动，从而提高抗HE性。

图1不同V含量的1400MPa螺栓钢的SSRT曲线

图2H浓度与HE的关系

文章来源：http://bk.josen.net/post/Hydrogen.html 

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