коррозия водородом

Thread Content

Коррозия под действием водорода. В промышленности синтеза аммиака, при гидроразложении нефти и в некоторых других химических процессах часто встречаются смеси газов, в которых водород составляет значительную долю. К тому же эти химические реакции происходят при высоких температурах и давлениях. Например, давление при синтезе аммиака обычно составляет 31,4 МПа, а температура — около 470–500°C. При низких температурах и давлении (температура ≤ 200°C, давление ≤ 4,9 МПа) водород не оказывает значительного коррозионного воздействия на обычную углеродистую сталь и низколегированную сталь. Однако при высоких температурах и давлении на них оказывается коррозионное воздействие, в результате чего механическая прочность и пластичность материала существенно снижаются, а иногда он даже разрушается. Это явление часто называется «красной коррозией» или «водородной хрупкостью». Процесс водородной коррозии железо-углеродных сплавов при высоких температурах и давлении можно разделить на стадию водородной хрупкости и стадию водородного эрозирования. Первый этап — это этап водородной хрупкости. На этом этапе водород, находясь в прямом контакте с сталью, поглощается ею и в атомарном виде проникает внутрь стали, растворяясь в феррите и образуя сплав. Однако на этом этапе водород, растворенный в стали, не вступает с ней в химическую реакцию и не изменяет её структуру; под микроскопом трещин не наблюдается, а предел прочности и предел пластичности стали также практически не меняются. Но это снижает пластичность стали, а значение ударной прочности значительно уменьшается. Такая хрупкость стали пропорциональна количеству водорода, растворённого в ней. Когда материал находится в состоянии водородной хрупкости, достаточно пройти процедуру дегидрификации, чтобы его свойства снова вернулись к исходному уровню. Второй этап — это этап коррозии под действием водорода. В этот момент водород, растворенный в стали, вступает в химическую реакцию с карбидами, содержащимися в стали, в результате чего образуется метан. Это приводит к изменению структуры стали. Уравнение этой химической реакции выглядит следующим образом: Fe3C + 2H2 → 3Fe + CH4. Такая реакция часто происходит на границах кристаллов. Образовавшийся метан также скапливается в микропорах, имеющихся на границах кристаллов, что приводит к возникновению локального высокого давления. Это, в свою очередь, вызывает концентрацию напряжений, что приводит к увеличению ширины границ кристаллов и, как следствие, к появлению более крупных трещин ； Или они могут скапливаться в местах нарушений структуры поверхности стали, таких как включения, образуя пузыри, что снижает механические свойства стали. С другой стороны, поскольку при восстановлении карбида в феррит его объем также уменьшается, внутри стали из-за изменения объема структуры возникают соответствующие напряжения. Эти напряжения, суммируясь с ранее упомянутыми внутренними напряжениями, способствуют распространению трещин. Расширение трещин, в свою очередь, создает более благоприятные условия для диффузии и реакции водорода и углерода. Если продолжать в том же духе, в конечном итоге сталь полностью теряет углерод, внутри возникают сети трещин, механические свойства сильно снижаются, а материал может даже разрушиться. Поскольку высокое давление способствует растворению водорода в стали, а высокая температура увеличивает скорость диффузии водорода в структуре стали и скорость процесса декарбонизации, коррозия железоуглеродных сплавов под действием водорода усиливается с повышением давления и температуры. Обычно у сплавов железа и углерода существуют определенная температура и давление, при которых начинается коррозия под действием водорода. Эти показатели служат мерой способности стали противостоять коррозии под действием водорода.