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腐(fu)蝕開裂過程的影響，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)脆理論的(de)完善，很(hen)多(duo)學者(zhe)(zhe)將(jiang)理論與(yu)實際結合起來，在(zai)(zai)工程(cheng)應(ying)用中(zhong)探討氫(qing)脆現象的(de)發生(sheng)機(ji)理。在(zai)(zai)石油化(hua)工行業中(zhong)，氫(qing)致開裂事故在(zai)(zai)設(she)備(bei)及管道中(zhong)時有(you)(you)發生(sheng)，氫(qing)致開裂屬于低應(ying)力(li)脆性(xing)破(po)壞的(de)一種，斷裂前很(hen)少(shao)出(chu)現宏觀上的(de)塑性(xing)變形(xing)，發生(sheng)時往往沒有(you)(you)征兆，而(er)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)物料多(duo)具有(you)(you)腐蝕性(xing)質(zhi)，因此學者(zhe)(zhe)們將(jiang)主(zhu)要研(yan)究方(fang)向(xiang)放在(zai)(zai)了設(she)備(bei)管線(xian)內部介質(zhi)對(dui)鋼(gang)材的(de)氫(qing)脆機(ji)理上。例如，盧志明(ming)等學者(zhe)(zhe)研(yan)究了含有(you)(you)硫化(hua)氫(qing)的(de)介質(zhi)對(dui)于16MnR鋼(gang)的(de)應(ying)力(li)腐蝕斷裂敏感(gan)性(xing)。


  在大(da)氣腐(fu)蝕方面，學者們主要研究(jiu)了大(da)氣腐(fu)蝕中(zhong)(zhong)陰極過程的(de)氧(yang)還原對于鋼(gang)材的(de)腐(fu)蝕，卻(que)忽(hu)(hu)略了氫(qing)(qing)(qing)的(de)還原，所以關于大(da)氣環(huan)境中(zhong)(zhong)的(de)氫(qing)(qing)(qing)脆現象的(de)研究(jiu)并(bing)不多見。室內實驗證實，用蒸餾(liu)水濕(shi)潤過的(de)鋼(gang)材試樣表(biao)(biao)面可(ke)以檢(jian)測(ce)出明(ming)(ming)顯的(de)氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)透(tou)電流，這說(shuo)明(ming)(ming)氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)透(tou)現象是(shi)普(pu)遍存在的(de)；張大(da)磊等人研究(jiu)了濕(shi)度對熱鍍鋅鋼(gang)材在海洋(yang)大(da)氣環(huan)境中(zhong)(zhong)氫(qing)(qing)(qing)脆敏(min)感性的(de)影響(xiang)，結(jie)果表(biao)(biao)明(ming)(ming)相對濕(shi)度在70%以上時，氫(qing)(qing)(qing)滲(shen)透(tou)電流隨著濕(shi)度的(de)增加而增大(da)，氫(qing)(qing)(qing)脆敏(min)感性提高。由此可(ke)見，海洋(yang)大(da)氣環(huan)境中(zhong)(zhong)鋼(gang)材的(de)氫(qing)(qing)(qing)致敏(min)感斷裂(lie)問題不容忽(hu)(hu)視。


  由(you)氫(qing)(qing)(qing)和應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)共(gong)同作用(yong)導致(zhi)的(de)(de)金(jin)屬材料產(chan)生脆性斷裂的(de)(de)現象，稱為氫(qing)(qing)(qing)致(zhi)開裂，簡稱氫(qing)(qing)(qing)脆。近年(nian)來，應(ying)(ying)力(li)腐蝕的(de)(de)吸(xi)氫(qing)(qing)(qing)脆變理(li)(li)論(lun)引起了部分(fen)科技(ji)工作者的(de)(de)關注。該理(li)(li)論(lun)認為由(you)于(yu)(yu)腐蝕的(de)(de)陰(yin)(yin)極反應(ying)(ying)產(chan)生氫(qing)(qing)(qing)，氫(qing)(qing)(qing)原子擴(kuo)散到裂縫尖端金(jin)屬內(nei)部，金(jin)屬材料在(zai)(zai)拉(la)應(ying)(ying)力(li)作用(yong)下脆斷。在(zai)(zai)腐蝕很(hen)強(qiang)的(de)(de)海洋環(huan)境中，在(zai)(zai)金(jin)屬表(biao)(biao)面(mian)容易(yi)發生陰(yin)(yin)極析(xi)氫(qing)(qing)(qing)反應(ying)(ying)，造成(cheng)氫(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)鋼(gang)鐵表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)吸(xi)附(fu)及向內(nei)部的(de)(de)擴(kuo)散，由(you)于(yu)(yu)氫(qing)(qing)(qing)原子很(hen)小，很(hen)容易(yi)在(zai)(zai)金(jin)屬的(de)(de)晶格中移(yi)動，使(shi)鋼(gang)鐵結構(gou)脆變，同時在(zai)(zai)交變載荷作用(yong)下，鋼(gang)鐵結構(gou)很(hen)容易(yi)發生由(you)氫(qing)(qing)(qing)脆造成(cheng)的(de)(de)斷裂，危害巨大。


  氫(qing)(qing)致開裂(lie)是(shi)重要(yao)的(de)應(ying)力腐蝕機理之一。氫(qing)(qing)致開裂(lie)是(shi)原子氫(qing)(qing)在合金(jin)晶(jing)體結構(gou)內的(de)滲入和(he)擴散所導致的(de)脆性斷裂(lie)的(de)現(xian)象，有時又稱為氫(qing)(qing)脆或氫(qing)(qing)損傷。嚴格(ge)來說，氫(qing)(qing)脆主要(yao)涉及金(jin)屬(shu)韌性的(de)降(jiang)低，而氫(qing)(qing)損傷除涉及韌性降(jiang)低和(he)開裂(lie)外，還包括(kuo)金(jin)屬(shu)材料其他物理性能或化(hua)學性能的(de)下降(jiang)，因此(ci)含義更為廣泛。


1. 氫的(de)來源


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)來源可分為內氫(qing)(qing)(qing)(qing)和外(wai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)兩種。內氫(qing)(qing)(qing)(qing)是指(zhi)材料(liao)在使用前內部(bu)就已經存在的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)，主要(yao)是在冶煉、熱(re)處理(li)、酸洗、電(dian)鍍、焊接(jie)等過程中(zhong)吸(xi)收(shou)的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。外(wai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)或環境氫(qing)(qing)(qing)(qing)是指(zhi)材料(liao)在使用過程中(zhong)與含氫(qing)(qing)(qing)(qing)介質(zhi)接(jie)觸或進行陰極析氫(qing)(qing)(qing)(qing)反應吸(xi)收(shou)的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)。


2. 氫的傳輸


  氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)傳輸有兩種(zhong)方(fang)式：一是擴(kuo)散，金(jin)屬(shu)(shu)中存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)梯(ti)度(du)或應力梯(ti)度(du)時就會導致氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)擴(kuo)散。當金(jin)屬(shu)(shu)中存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)梯(ti)度(du)時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)從濃(nong)(nong)度(du)高(gao)的(de)(de)(de)地方(fang)向(xiang)濃(nong)(nong)度(du)低(di)的(de)(de)(de)地方(fang)擴(kuo)散。在(zai)(zai)(zai)(zai)穩態(tai)條件下，擴(kuo)散遵(zun)從菲克(ke)定律。在(zai)(zai)(zai)(zai)常溫下，由于氫(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)(xian)阱(jing)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)，對(dui)氫(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)(zai)金(jin)屬(shu)(shu)中的(de)(de)(de)擴(kuo)散行為影響較(jiao)(jiao)大；在(zai)(zai)(zai)(zai)高(gao)溫下，影響較(jiao)(jiao)小。二(er)是位錯(cuo)(cuo)(cuo)遷(qian)移，位錯(cuo)(cuo)(cuo)是一種(zhong)特殊的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)陷(xian)(xian)阱(jing)。位錯(cuo)(cuo)(cuo)不(bu)(bu)僅能(neng)將(jiang)氫(qing)(qing)(qing)(qing)原子捕獲在(zai)(zai)(zai)(zai)其周圍，形(xing)成科(ke)氏氣團(tuan)，而且由于氫(qing)(qing)(qing)(qing)在(zai)(zai)(zai)(zai)金(jin)屬(shu)(shu)中擴(kuo)散快，在(zai)(zai)(zai)(zai)位錯(cuo)(cuo)(cuo)運(yun)動(dong)(dong)時氫(qing)(qing)(qing)(qing)氣團(tuan)還能(neng)夠跟上(shang)位錯(cuo)(cuo)(cuo)一起運(yun)動(dong)(dong)，即位錯(cuo)(cuo)(cuo)能(neng)夠遷(qian)移氫(qing)(qing)(qing)(qing)。當運(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)位錯(cuo)(cuo)(cuo)遇到與氫(qing)(qing)(qing)(qing)結合能(neng)更大的(de)(de)(de)不(bu)(bu)可逆陷(xian)(xian)阱(jing)時，氫(qing)(qing)(qing)(qing)將(jiang)被(bei)“傾(qing)倒”在(zai)(zai)(zai)(zai)這些陷(xian)(xian)阱(jing)處。


3. 氫的存在形式


 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。