氫脆的研究由來已久，各國學者對其在各種環境下的產生原理及過程有著廣泛而深入的探索。J.Woodtli等學者研究了氫脆現象和應力腐蝕開裂現象的特征及破壞作用；M.V.Biezma等學者探討了氫在微生物腐蝕環境下對于應力(li)腐蝕開裂(lie)過程的影響，結果表明在此環境下，氫脆和應力腐蝕使材料力學性能的下降，并且兩者之間有協同作用；R.A.Oriani等學者在氫的作用導致材料性能降低方面進行了研究，實驗重點考察了吸收和解吸作用對氫滲透電流的影響，建立了一種新型的氫滲透數據處理模型。


  隨著氫(qing)(qing)脆(cui)理(li)論的(de)完善，很(hen)多(duo)學者將理(li)論與實際結(jie)合起(qi)來，在工(gong)程(cheng)(cheng)應用中探(tan)討氫(qing)(qing)脆(cui)現象(xiang)的(de)發(fa)生(sheng)機(ji)理(li)。在石(shi)油化工(gong)行業中，氫(qing)(qing)致開裂事故(gu)在設備及管道(dao)中時有(you)發(fa)生(sheng)，氫(qing)(qing)致開裂屬于低應力脆(cui)性破壞的(de)一種，斷裂前很(hen)少出(chu)現宏觀上的(de)塑性變形，發(fa)生(sheng)時往(wang)往(wang)沒有(you)征(zheng)兆，而生(sheng)產(chan)過程(cheng)(cheng)中的(de)物料多(duo)具有(you)腐蝕(shi)性質，因此學者們將主要研(yan)究(jiu)方向放在了設備管線內部介質對鋼材(cai)的(de)氫(qing)(qing)脆(cui)機(ji)理(li)上。例如(ru)，盧志明等(deng)學者研(yan)究(jiu)了含有(you)硫化氫(qing)(qing)的(de)介質對于16MnR鋼的(de)應力腐蝕(shi)斷裂敏感性。


  在大(da)(da)氣(qi)腐蝕方面(mian)，學者們(men)主要研(yan)究(jiu)了(le)大(da)(da)氣(qi)腐蝕中(zhong)陰極(ji)過程的(de)(de)(de)氧還原(yuan)對(dui)(dui)于(yu)鋼(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)腐蝕，卻忽略了(le)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)還原(yuan)，所以關(guan)于(yu)大(da)(da)氣(qi)環(huan)(huan)境中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)脆(cui)現象的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)并不多見。室內實(shi)驗證實(shi)，用蒸餾水濕潤過的(de)(de)(de)鋼(gang)材(cai)(cai)試樣(yang)表面(mian)可以檢測(ce)出明顯的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)透(tou)電流，這說明氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)透(tou)現象是(shi)普遍存(cun)在的(de)(de)(de)；張大(da)(da)磊(lei)等人研(yan)究(jiu)了(le)濕度(du)對(dui)(dui)熱鍍鋅鋼(gang)材(cai)(cai)在海洋大(da)(da)氣(qi)環(huan)(huan)境中(zhong)氫(qing)(qing)脆(cui)敏(min)感性(xing)的(de)(de)(de)影響，結果表明相(xiang)對(dui)(dui)濕度(du)在70%以上時，氫(qing)(qing)滲(shen)(shen)透(tou)電流隨著濕度(du)的(de)(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)大(da)(da)，氫(qing)(qing)脆(cui)敏(min)感性(xing)提高。由此可見，海洋大(da)(da)氣(qi)環(huan)(huan)境中(zhong)鋼(gang)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)致敏(min)感斷裂問題不容忽視。


  由(you)氫(qing)和(he)應力(li)(li)的(de)(de)共(gong)同作(zuo)用導致的(de)(de)金屬(shu)(shu)材(cai)料產生(sheng)脆性斷裂(lie)的(de)(de)現象，稱為氫(qing)致開裂(lie)，簡稱氫(qing)脆。近年來，應力(li)(li)腐(fu)蝕的(de)(de)吸(xi)氫(qing)脆變理論(lun)引起(qi)了部(bu)分(fen)科技工作(zuo)者的(de)(de)關注。該理論(lun)認為由(you)于(yu)腐(fu)蝕的(de)(de)陰極反(fan)應產生(sheng)氫(qing)，氫(qing)原子擴散(san)到裂(lie)縫(feng)尖端金屬(shu)(shu)內(nei)部(bu)，金屬(shu)(shu)材(cai)料在(zai)(zai)拉應力(li)(li)作(zuo)用下脆斷。在(zai)(zai)腐(fu)蝕很強的(de)(de)海(hai)洋(yang)環境(jing)中(zhong)，在(zai)(zai)金屬(shu)(shu)表(biao)(biao)面(mian)容易發生(sheng)陰極析氫(qing)反(fan)應，造成氫(qing)在(zai)(zai)鋼(gang)鐵表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)吸(xi)附及(ji)向內(nei)部(bu)的(de)(de)擴散(san)，由(you)于(yu)氫(qing)原子很小，很容易在(zai)(zai)金屬(shu)(shu)的(de)(de)晶格(ge)中(zhong)移動，使鋼(gang)鐵結(jie)構脆變，同時在(zai)(zai)交變載荷作(zuo)用下，鋼(gang)鐵結(jie)構很容易發生(sheng)由(you)氫(qing)脆造成的(de)(de)斷裂(lie)，危害巨(ju)大。


  氫(qing)(qing)致開(kai)裂是重要的(de)應力腐蝕機理(li)之一。氫(qing)(qing)致開(kai)裂是原子氫(qing)(qing)在合金晶體結構內的(de)滲入和擴散所導致的(de)脆性斷裂的(de)現象，有時(shi)又稱為(wei)氫(qing)(qing)脆或氫(qing)(qing)損傷。嚴格(ge)來說，氫(qing)(qing)脆主要涉及金屬韌(ren)性的(de)降低，而氫(qing)(qing)損傷除涉及韌(ren)性降低和開(kai)裂外，還包括金屬材料(liao)其他物理(li)性能或化學性能的(de)下(xia)降，因此(ci)含(han)義更為(wei)廣泛。


1. 氫的(de)來源


  氫(qing)(qing)(qing)的(de)來源可分為(wei)內(nei)氫(qing)(qing)(qing)和外氫(qing)(qing)(qing)兩(liang)種。內(nei)氫(qing)(qing)(qing)是(shi)指(zhi)(zhi)材料在(zai)使(shi)用(yong)(yong)前內(nei)部就(jiu)已經存在(zai)的(de)氫(qing)(qing)(qing)，主(zhu)要是(shi)在(zai)冶煉、熱處理、酸洗、電(dian)鍍、焊(han)接等過(guo)程(cheng)中吸(xi)收(shou)的(de)氫(qing)(qing)(qing)。外氫(qing)(qing)(qing)或環境氫(qing)(qing)(qing)是(shi)指(zhi)(zhi)材料在(zai)使(shi)用(yong)(yong)過(guo)程(cheng)中與(yu)含(han)氫(qing)(qing)(qing)介(jie)質接觸或進行陰極析氫(qing)(qing)(qing)反應吸(xi)收(shou)的(de)氫(qing)(qing)(qing)。


2. 氫的傳(chuan)輸


  氫(qing)的(de)(de)傳輸有(you)兩(liang)種方(fang)式(shi)：一(yi)是擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)，金屬(shu)中存在(zai)氫(qing)的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)或(huo)應力梯(ti)度(du)(du)時(shi)就會導(dao)致氫(qing)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)。當金屬(shu)中存在(zai)氫(qing)的(de)(de)濃(nong)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)時(shi)，氫(qing)將從濃(nong)度(du)(du)高的(de)(de)地(di)方(fang)向濃(nong)度(du)(du)低的(de)(de)地(di)方(fang)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)。在(zai)穩態條件下(xia)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)遵從菲克定律(lv)。在(zai)常溫(wen)下(xia)，由(you)于氫(qing)陷(xian)阱(jing)(jing)的(de)(de)存在(zai)，對氫(qing)在(zai)金屬(shu)中的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)行(xing)為影響較(jiao)大；在(zai)高溫(wen)下(xia)，影響較(jiao)小。二是位(wei)錯(cuo)(cuo)遷移，位(wei)錯(cuo)(cuo)是一(yi)種特殊的(de)(de)氫(qing)陷(xian)阱(jing)(jing)。位(wei)錯(cuo)(cuo)不(bu)僅能將氫(qing)原子捕獲在(zai)其周(zhou)圍，形成科氏氣(qi)團(tuan)，而且由(you)于氫(qing)在(zai)金屬(shu)中擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)快，在(zai)位(wei)錯(cuo)(cuo)運(yun)動(dong)時(shi)氫(qing)氣(qi)團(tuan)還能夠跟(gen)上位(wei)錯(cuo)(cuo)一(yi)起運(yun)動(dong)，即位(wei)錯(cuo)(cuo)能夠遷移氫(qing)。當運(yun)動(dong)的(de)(de)位(wei)錯(cuo)(cuo)遇到與氫(qing)結(jie)合能更大的(de)(de)不(bu)可逆陷(xian)阱(jing)(jing)時(shi)，氫(qing)將被“傾倒”在(zai)這些(xie)陷(xian)阱(jing)(jing)處。


3. 氫的存(cun)在(zai)形式


 在金屬中，氫的存在形式有很多種；①. H-、H、H+,氫可以H-、H、H+的形式固溶在金屬中；②. 氫分子，當金屬中的氫含量超過溶解度時，氫原子往往在金屬的缺陷（孔洞、裂紋、晶間等）聚集形成氫分子；③. 氫化物，氫在V、Ti、Zr等IVB或VB族金屬中的溶解度較大，但超過溶解度后會形成TiH4,Ni也可以形成氫化物；④. 氣團，氫與位錯結合形成氣團，可看作是一種相。