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上海頤觀光電科技有限公司
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閱讀：7發(fā)布時間：2024-8-14
鋼中微量氫測定儀
自古以來人們就認識到在大氣以及各種環(huán)境下服役的鋼材會發(fā)生腐蝕和突然氫脆失效。自古以來人們也就開始研究氫含量，氫存在狀態(tài)等和氫脆的相關(guān)性。如金屬所所任所長李熏院士在1937-1940年留學(xué)英國雪菲爾德大學(xué)時的博士研究方向就是氫5脆。可見關(guān)16于氫脆研究的理論和實踐等方面的重要意義。
隨著人們對汽車輕量化，長壽命的追求，人們將越來越多地使用高強度鋼。再者隨著人們對燃料電池清潔能源和氫發(fā)動機的渴求，人類將逐漸進入大量使用氫的社會。這使得氫社會氫安全性問題研究變得迫切。因此各國數(shù)十年來一直投入大量人力物力開展氫脆的研究。
研究氫脆的進展往往和科學(xué)假說以及研究手段息息相關(guān)。歷有很多實驗和氫有關(guān)，LECO標準試樣可以較為準確地測量氫總量，對氫脆研究就是一大貢獻。然而漸漸滿足不了人類對氫脆研究的需求。因為他無法解決樣品加工帶來氫的逃逸、大樣品或零件無法直接測試、無法得到不同溫度下氫的含量與狀態(tài)等長期困擾人們的問題
日本在上個世紀90年左右提出鋼材中氫可以分為擴散氫和非擴散氫的概念并由此研發(fā)出可以分別準確定量測量鋼材中非擴散氫和擴散氫的裝置TDA。TDA是日本JSL（日本科學(xué)實驗室）公司與時俱進和日本金屬材料研究機構(gòu)-共同研究，始用于高強螺栓氫脆研究進而逐漸變成測量不同溫度下氫含量分布的標準測氫裝置。進一步發(fā)展成為集測定總氫含量、擴散氫含量、非擴散氫含量，氫含量——溫度曲線圖于一身，解決了測氫領(lǐng)域“樣品加工帶來氫的逃逸、大樣品或零件無法直接測試、無法得到不同溫度下氫的含量與狀態(tài)"等長期存在的問題，對生產(chǎn)、研發(fā)人員在鋼材生產(chǎn)、研發(fā)、使用過程中控制氫含量提供更具針對性的檢測數(shù)據(jù)，為高強度、耐氫脆，耐腐蝕鋼等產(chǎn)品的研發(fā)提供可靠依據(jù)。
借助于此裝置可以詳細研究擴散和非擴散氫的各個過程以及相互轉(zhuǎn)換。其功能類似于電子顯微鏡的發(fā)明為研究位錯指明了方向。因為電子顯微鏡可以真實觀察到位錯而不是發(fā)明前的科學(xué)假說推測位錯的存在。TDA可以明確地把影響氫脆的擴散氫和影響不大的非擴散氫區(qū)別出來也同樣是研究氫脆和腐蝕的劃時代的發(fā)明。
該裝置從研發(fā)到開始商業(yè)推廣花費10余年，一經(jīng)商業(yè)推廣就受到日本以及各國金屬研究所，鋼鐵公司的青睞。日本幾大鋼鐵企業(yè)，等都在使用TDA開展各種研究。
概括說來TDA主要有2個大方面的應(yīng)用。
一． TDA除了可以用于檢測鋼材中氫的總含量外，主要
用于準確分辨鋼材中擴散氫和非擴撒氫的含量和氫的狀態(tài)。
人們一般認為氫脆起源于鋼鐵夾雜物或晶界或界面。（１-5）由于擴散氫的激活能較低，通常Ea＝27KJ/mol,所以擴散氫擴散聚集導(dǎo)致氫濃度超過其極限數(shù)值Hc從而導(dǎo)致脆性斷裂。（6-12）而非擴散氫則由于脫離缺陷陷阱的激活能要大得多，通常Ea＝73KJ/mol。不發(fā)生擴散，所以對產(chǎn)生氫脆沒有貢獻。
進一步研究表明，通常擴散氫純存在于位錯的彈性應(yīng)變區(qū)。而非擴散氫存在于鐵素體/滲碳體界面堆積位錯中或存在于微細化滲碳體中。這種非擴散氫在靜載荷作用下是不會被激活的，但是在交變應(yīng)力和能量的反復(fù)作用下會從深度能阱被激活為擴散氫從而導(dǎo)致疲勞強度降低最后導(dǎo)致氫脆。
還表明，即使同一材料，當樣品狀態(tài)不同，比如有無缺口，缺口深度大小，FIB等切口形狀，應(yīng)力集中系數(shù)大小，線材變形量，組織微細化程度，氫脆敏感度，是否充氫，充氫后是否退火，退火溫度和時間等不同，這種非擴散氫被激活或安定化程度都會變化。當然也都會反應(yīng)到實際情況下非擴散氫和氫脆的關(guān)系。
二． ＴＤA用于檢測環(huán)境導(dǎo)致的氫浸入量HE
比如，由高壓氫氛圍導(dǎo)致的氫浸入以及大氣或腐蝕環(huán)境導(dǎo)入的氫浸入。具體可以分類如下。
2-1 高壓氫氛圍導(dǎo)致氫浸入和氫脆關(guān)系
2-2 雨，大氣中水，水溶液，腐蝕液體等導(dǎo)致氫浸入和氫脆關(guān)系。使用環(huán)境應(yīng)力種類（靜載荷還是交變載荷）和大小，溫度，濕度，是否充氫，是否退火，退火溫度時間等和相關(guān)性。
2-3 酸洗過程導(dǎo)致氫浸入
2-4 鍍鋅等各種鍍層實施過程導(dǎo)致氫浸入
2-5 噴水過程去氧化皮等過程導(dǎo)致氫浸入
2-6 焊接過程導(dǎo)致氫浸入
2-7 熱處理淬火過程導(dǎo)致氫浸入
2-8 電解過程等導(dǎo)致氫浸入
2-9 電解過程等導(dǎo)致氫浸入
如果按照研究鋼種來看，至少如下鋼種的已經(jīng)被研究過。
Ａ。高強螺栓用鋼
Ｂ。高強斜拉橋鋼（以及鍍鋅穩(wěn)定化處理前后ＴＤＳ實驗結(jié)果，見附圖。）
Ｃ。汽車鋼板
Ｄ。普碳鋼材
Ｅ。高壓容器用合金鋼
Ｆ。不銹鋼
Ｇ。軋輥用鋼（以及退貨工藝和氫脆關(guān)系）
Ｇ。
綜上所說，為了防止鋼材氫脆應(yīng)該從材料和環(huán)境2個方面來考慮對策。
1.材料方面 盡可能減少碳化物和晶界偏析，使得氫總量荊軻能少。在同樣總氫含量條件下盡可能使得非擴散氫占更多量。盡可能形成更多更深的非擴散氫陷阱，盡可能使擴散氫變成非擴散氫。以使得他們難以導(dǎo)致氫脆。
2.環(huán)境方面 控制高壓容器壓力等各種參數(shù)以減少氫浸入量?？刂聘g表面反應(yīng)使得環(huán)境腐蝕引起的氫進入量HE盡可能少。
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