張 宏

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000）

冶金化工設(shè)備是冶金化工產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在冶金化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中，對冶金化工設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)是一項(xiàng)很重要的任務(wù)[1]。雖然相關(guān)工作人員會定期對冶金化工設(shè)備進(jìn)行檢修，但是冶金化工設(shè)備氫腐蝕問題還是會經(jīng)常發(fā)生。冶金化工設(shè)備的氫腐蝕問題有著多方面的形成因素，形成過程比較復(fù)雜[2]。

針對冶金化工設(shè)備經(jīng)常發(fā)生氫腐蝕現(xiàn)象，對冶金化工設(shè)備的氫腐蝕影響因素以及氫腐蝕類型進(jìn)行深入的研究與分析,并在深入研究的基礎(chǔ)上提出了幾種抑制冶金化工設(shè)備氫腐蝕的措施。

1 冶金化工設(shè)備氫腐蝕研究

1.1 氫腐蝕因素

影響冶金化工設(shè)備氫腐蝕的因素主要有應(yīng)力腐蝕、溫度和壓力、合金元素和雜質(zhì)元素等[3]。其中應(yīng)力腐蝕與氫脆是兩種既相關(guān)又不同的現(xiàn)象。

在水溶液中發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí),如果起決定性作用的是陰極過程析出的氫，那么這種破壞既是氫脆，又是應(yīng)力腐蝕斷裂。而在高壓高溫氫氣中結(jié)構(gòu)件的開裂,既是應(yīng)力腐蝕斷裂，又是氫脆。而溫度、壓力和暴露時(shí)間的影響也會導(dǎo)致產(chǎn)生氫腐蝕現(xiàn)象。

冶金化工設(shè)備產(chǎn)生氫蝕現(xiàn)象主要是由作用時(shí)間、冶金化工設(shè)備材料化學(xué)成分、溫度、氫分壓等因素造成的。壓力的作用取決于設(shè)備內(nèi)部混合氣體中氫所具有的分壓力，也取決于操作壓力的高低。

而在產(chǎn)生冶金化工設(shè)備氫腐蝕現(xiàn)象的眾多原因中，溫度是最重要的原因。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，即使氫分壓很低也很容易發(fā)生氫腐蝕。而冶金化工設(shè)備材料中含有Ta、Nb、Zr、Ti、V等金屬元素時(shí)就很容易通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生很多脆弱的氫化物,這些脆弱的氫化物會導(dǎo)致冶金化工設(shè)備材料產(chǎn)生塑性下降、韌性下降、脆性上升等性能方面的變化。在所有的冶金化工設(shè)備材料中，低合金材料的氫脆傾向是最嚴(yán)重的。

1.2 氫腐蝕類型

氫腐蝕現(xiàn)象會對冶金化工設(shè)備的各種性能都產(chǎn)生影響，而根據(jù)所產(chǎn)生的影響，冶金化工設(shè)備發(fā)生的氫腐蝕現(xiàn)象可以分為兩種類型∶一種是冶金化工設(shè)備材料受到高壓高溫的影響發(fā)生氫作用后自身的材料組織產(chǎn)生了一些化學(xué)性質(zhì)的變化,導(dǎo)致冶金化工設(shè)備材料變質(zhì)以及設(shè)備性能減退,并且這種變化是不可逆的。另一種類型是冶金化工設(shè)備材料自身并沒有發(fā)生變化，而原子氫在冶金化工設(shè)備材料中發(fā)生了溶解現(xiàn)象并在溶解過程中發(fā)生了緩慢變形，導(dǎo)致了脆性作用的發(fā)生，但這種現(xiàn)象通過靜置或者真空加熱是可以恢復(fù)的。冶金化工設(shè)備氫腐蝕形式常見的有氫蝕、氫脆、氫鼓包三種。其中氫蝕是在冶金化工設(shè)備材料內(nèi)部氫原子與碳原子相遇，并且在高溫高壓環(huán)境下二者發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。而氫脆是氫原子在裂紋尖端不斷滲透后,導(dǎo)致冶金化工設(shè)備材料的抗拉強(qiáng)度與延展性降低的現(xiàn)象。氫鼓包是氫原子在冶金化工設(shè)備的金屬內(nèi)部不斷累積造成冶金化工設(shè)備發(fā)生局部變形以及因?yàn)閮?nèi)部壓力不斷導(dǎo)致上升冶金化工設(shè)備發(fā)生局部破壞的現(xiàn)象。

2 冶金化工設(shè)備氫腐蝕抑制措施

根據(jù)冶金化工設(shè)備氫腐蝕的機(jī)理以及氫腐蝕的類型,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力、材料、化工設(shè)備工作環(huán)境幾個(gè)方面選擇抑制冶金化工設(shè)備氫腐蝕的措施。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抑制主要是通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)來防止腐蝕介質(zhì)的富集。除此之外，電化學(xué)保護(hù)、涂層以及緩蝕劑也都可以用于抑制冶金化工設(shè)備氫腐蝕現(xiàn)象。

圖1 含Mo、Ni的合金材料的氫腐蝕曲線

而通過應(yīng)力抑制冶金化工設(shè)備氫腐蝕現(xiàn)象主要是通過消除殘余應(yīng)力達(dá)到避免氫脆疊加和應(yīng)力腐蝕的目的。例如,冷加工后的焊件經(jīng)過退火處理就可以消除殘余應(yīng)力從而避免設(shè)備產(chǎn)生腐蝕斷裂現(xiàn)象。材料抑制主要是通過選用對氫脆不敏感的材料來抑制冶金化工設(shè)備氫腐蝕。例如選擇含Mo、Ni的合金材料。含Mo、Ni的合金材料的氫腐蝕曲線如圖1。

選擇含Mo、Ni的合金材料能夠很大程度上抑制冶金化工設(shè)備氫腐蝕。環(huán)境抑制的主要抑制措施有∶通過緩蝕劑消除冶金化工設(shè)備中的毒素介質(zhì)，而當(dāng)緩蝕劑無法消除冶金化工設(shè)備中的毒素介質(zhì)時(shí)可以采用玻璃鋼襯里、鎳襯里、塑料保護(hù)層、橡膠襯里等保護(hù)措施或者選用氫滲透性低或者空穴少的冶金化工設(shè)備金屬材料。

3 結(jié)語

隨著冶金化工行業(yè)的快速發(fā)展,冶金化工生產(chǎn)的工況越來越復(fù)雜,冶金化工產(chǎn)品的種類也越來越多,因此冶金化工設(shè)備氫腐蝕問題在冶金化工設(shè)備的使用和冶金化工設(shè)備的制造中也更加受到重視。隨著人類越來越深入的研究氫腐蝕問題，相信在不久的將來冶金化工設(shè)備將會逐漸客服氫腐蝕問題。