析氢现象及其危害

析氢现象及其危害

本篇针对我司产品加工工艺特点，简单概述了原材料在冶金、锻造、电镀和焊接过程中的析氢现象，主要分析了氢产生的原因、危害及除氢方法，为生产提供一定的参考。

一、原因

1.冶炼

⑴炉料带入。由废钢、生铁、铁合金及造渣材料等炉料中固有的氢以及炉料中的水分

分解产生的氢溶入钢中。

⑵由炉气带入。炉气中的水、氢气等都经过炉渣或直接与钢液接触而溶入钢中。

⑶由钢包、钢锭模以及保温冒的耐火材料带入。

⑷由大气带入。大气铸锭时，空气中的水蒸气、氢气与钢液接触而溶入钢中。

2.电镀

在电镀过程中，由于水分子的离解，总是或多或少地存在一定数量的氢离子，

在电极的作用下，一部分就会从阴极析出氢气逸出，一部分以原子氢的状态渗入基

体金属及镀层中。具体的析氢过程如下：

⑴H3O+从溶液中转移到阴极表面附近；

⑵H3O+在阴极上脱水还原，生成的氢离子吸附在电极表面H3O+→H++H2O

⑶两个吸附的氢原子结合成氢分子H++H+→H2

⑷氢分子聚合成小气泡，并逐渐长大，最后离开电极表面而逸出。

3.焊接

⑴焊条

⑵母材

⑶不干燥的保护气体

(4) 空气湿度较大

(5) 焊前未除油去污

二、危害

1.冶金

⑴白点：在钢材横向断口上，主要表现为放射性或不规则排列的锯齿形小裂缝（有时

也叫发裂）；在纵向断口上，有圆形或椭圆形的银白色斑点。它是锻件在冷却过程中产生的一种内部缺陷，它的存在对钢的性能极为不利。在交变和重复载荷作用下，

白点处为应力集中点，常常成为疲劳源。白点的产生是由于钢中氢和组织应力共同作用的结果。

目前关于氢致白点有以下几种解释：

①钢中含有氢时，使钢的塑性降低。当氢含量达到某一数值时，塑性急剧下降，造

成氢脆现象。

②炼钢时钢液中吸收的氢，在钢锭凝固时因溶解度减少而析出。有些氢来不及扩散

到钢锭表面而存在钢锭内部显微空隙处、夹杂物附近或晶界上的小孔中。氢原子

在该处易结合成分子状态，并产生压力。另外氢与钢中的碳反应易形成甲烷（CH4），也造成较大的分子压力。

③钢坯在冷却过程中因冷却速度等因素使相变产生较大的组织应力，在钢中氢脆的

地方，将发生脆性破裂。

⑵层状断口：由于有些钢中晶体结构的特点，使氢分子容易在树枝晶或变形晶体边界

上聚集，从而引起内应力，导致晶间拉力减弱，从而降低钢材横向的塑性、冲击韧性，在钢材断口呈针状叠层结构。

⑶气泡或表面气孔：破坏了钢体的连续性，容易导致轧制开裂。

2.焊接：

⑴氢脆：氢溶解在金属晶格内，在室温附近使材料的塑性性能严重下降。

⑵白点：多在断口上呈现银白色圆形局部脆断点，白点中心有小夹杂物或气孔，塑性

下降较快。

⑶形成气孔：如果熔池吸收了大量的氢，在凝固过程中溶解度突然下降，使氢处于过

饱和状态，极易形成氢分子。由于氢分子不溶于金属，于是在液态金属中形成气泡。

当气泡外逸速度小于凝固速度时，就在焊缝处形成气孔。

⑷产生冷裂纹：形成条件①焊缝或热影响区存在大量的氢；②组织硬度较高；③有应

力。

3.电镀

⑴氢脆现象：使基体金属及镀层的韧性下降而变脆。

⑵鼓泡：在电镀完成以后，由于周围环境的温度升高，被吸附在金属里的氢会膨胀析

出而使镀层产生鼓泡。

⑶空洞和麻点：氢气在阴极聚集后常呈气泡状粘附在电极表面，造成该处绝缘，使溶

液中的金属离子不能很好的附着，从而产生空洞和麻点。

⑷降低电镀效率：氢气的析出会降低阴极的电流密度，从而使电镀时间延长，降低生

产效率。

⑸污染环境、增加设备投资：氢气的大量析出，使溶液呈雾状而带出，不但污染环境，

而且增加了抽风设备的投资。

三、控氢方法

1.冶炼

⑴在冶炼浇注时，应对所有的炉料进行良好的干燥和保存，并保证炉料的清洁。

⑵降低炉气中的有害气体成分。

⑶采用最有效的去气手段—沸腾除气。

⑷采用真空浇注。

⑸锻件热加工后缓冷和去氢退火处理使氢充分扩散等有效措施。

⑹锻造后细化晶粒（采用正火、完全退火）可提高捕氢作用，减少钢的白点敏感性。

2.电镀

⑴电镀后进行高温除氢。

⑵在溶液中加入润滑剂、振动阴极和定期过滤溶液等方法有助于控制空洞及麻点的产

生。

3.焊接

⑴清除焊丝和焊件表面的杂质。

⑵焊前预热、焊后及时保温可使氢扩散充分逸出。

⑶改变坡口形式—改善应力集中。

⑷限制焊接材料中的含氢量，注意防潮，并在使用前进行烘干。

⑸控制焊接工艺参数，但具有局限性。例如，焊接电流、电弧电压、电流种类及极性

影响焊接速度。

致谢：感谢科技之窗、熊健提供的相关资料。