32
прочности сплава.
Внешние воздействия, влияющие на водородное разрушение, включают в себя давление водорода, температуру, химическую среду и скорость деформации. Восприимчивость к водородному разрушению возрастает с повышением давления водорода. Влияние температуры не является однозначным. Некоторые металлы, такие как аустенитные нержавеющие стали, имеют локальный максимум восприимчивости к водородному разрушению в зависимости от температуры. Некоторые газообразные примеси, находящиеся в газообразном водороде, также влияют на водородное разрушение. Влага, например, может пагубно влиять на алюминиевые сплавы, поскольку влажное оксидирование создает сильно летучий водород, тогда как считается, что в некоторых сталях влага повышает стойкость к водородному разрушению, образуя поверхностные пленки, которые выступают как кинетический барьер для водорода. Так называемый обратный эффект скорости деформации обычно наблюдается в присутствии водорода; другими словами, металлы менее восприимчивы к водородному разрушению при высоких скоростях деформации.
В металлах с объемно-центрированной кубической кристаллической структурой решетки, например в ферритных сталях, охрупчивание может наблюдаться при значениях температур, близких к окружающей среде. В отсутствие остаточных напряжений или внешней нагрузки водородное охрупчивание может проявляться в разных формах, например таких как вздутие, внутреннее растрескивание, образование гидридов и сниженная пластичность. При растягивающих напряжениях или коэффициенте интенсивности напряжений, превышающем некоторый определенный порог, атомарный водород взаимодействует с металлом, приводя к образованию и росту докрити- ческих трещин, вызывающих разрушение.
Водородное охрупчивание может наблюдаться во время термообработки при повышенных температурах и при гальванизации, контакте с технологическими химикатами, реакциях коррозии, катодной защите и при использовании водорода под высоким давлением или при высокой температуре.
Многие низколегированные конструкционные стали могут подвергаться воздействию водорода при значениях температур до 200 °C. Это необратимая деградация микроструктуры стали, вызываемая химической реакцией между диффундирующим водородом и частицами карбида в стали, которая приводит к зарождению, росту и распространению пузырьков метана вдоль границ зерен с образованием разрывов.
Водородное охрупчивание наблюдается в таких металлах, кактитан и цирконий, и является процессом образования термодинамически стабильных и относительно хрупких гидридных фаз в пределах структуры.
Сварка в защитной среде и сварные швы между разнородными материалами часто включают высоколегированные материалы. Во время использования при значениях температур более 250 °С водород диффундирует в линию сплавления между высоколегированным сварным швом и нелегированным/низколегированным основным материалом. При остывании температура металла падает. Пониженная растворимость и диффузионная способность водорода разрушают сварной шов нарушением связей.
Некоторые рекомендации по управлению риском водородного охрупчивания приведены ниже.
Выбор сырых материалов с низкой восприимчивостью к водородному охрупчиванию путем контроля химического состава (например, использования стабилизаторов карбидов), микроструктуры (например, использования аустенитных нержавеющих сталей) и механических свойств (например, ограничения твердости, желательно до 225 по шкале Виккерса и снятия остаточных напряжений с помощью термообработки). Применение методов испытаний, описанных в стандарте [14] для выбора металлических материалов, стойких к водородному охрупчиванию. В публикации [31] приведены ограничения для различных типов сталей в зависимости от давления и температуры водорода. Данные о восприимчивости к водородному охрупчиванию некоторых распространенных материалов приведены в [24].
Соединения, полученные с применением сварки в защитной среде, и сварные швы между разнородными материалами, контактирующие с водородом, должны периодически подвергать ультразвуковому контролю. Такие сварные соединения должны подвергать дополнительной проверке после неконтролируемых отключений, при которых оборудование интенсивно остывает.
Ограничение уровня значений прилагаемых напряжений и воздействий усталостных факторов. Оптимизация в соединениях анод/катод прилагаемых плотностей тока, так как высокие плотности тока повышают наводороживание.
Чистка металлов в щелочных растворах и в ингибированных кислотных растворах.
Использование абразивных чистящих средств для материалов с твердостью 40 по шкале С Роквелла или
выше.
По возможности контролировать технологические процессы в части снижения риска водородного охрупчивания во время производства.
Г.3 Полимеры, эластомеры и другие неметаллические материалы
Большинство полимеров можно считать пригодными для технологий, связанныхс применением газообразного водорода. Следует учитывать тот факт, что водород диффундирует через материалы гораздо сильнее, чем через металлы.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ илиТеАоп®) политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ или Ке!-Б®)являютсянаиболее распространенными материалами в технологиях [15], [24], [29].
Г.4 Прочие ссылки
Более развернутое описание сведений, связанных с водородной коррозией и методов ее контроля, изложены в материалах специализированных организаций и их стандартов:
Г.4.1 Международная организация по стандартизации (www.iso.org)
См. библиографию [1]—[27].