Abstrakt: Denne artikel omhandler hydrogenforsprødning af kulstofstål. Dette omfatter en diskussion af den mekanisme, hvorved et stål bliver forsprødt af hydrgogen, omstændigheder, der fører til forsprødning, virkningerne af forsprødning på stålets adfærd, hvordan man kan forhindre forsprødning og test til vurdering af, om et stål er blevet forsprødt.

Vidrogenforsprødning er et metals tab af duktilitet og reduktion af bæreevne på grund af absorption af hydrogenatomer eller -molekyler af metallet. Resultatet af brintforsprødning er, at komponenter revner og knækker ved spændinger, der er mindre end metallets flydespænding.

Se metallurgikurser &webinarer
Har du brug for hjælp til en svigtanalyse?

Forsprødningsproces
Ved stuetemperatur kan brintatomer optages af kulstofstållegeringer. Den absorberede brint kan være til stede enten som atomar eller molekylær form. Hvis der går tilstrækkelig lang tid, diffunderer hydrogenet til metalkorngrænserne og danner bobler ved metalkorngrænserne. Disse bobler udøver et tryk på metalkornene. Trykket kan stige til niveauer, hvor metallet har nedsat duktilitet og styrke.

Situationer, der fører til hydrogenabsorption

Vådstof kan trænge ind og diffundere gennem stål, selv ved stuetemperatur. Dette kan ske under forskellige fremstillings- og samleprocesser eller under operationel brug – overalt, hvor metallet kommer i kontakt med atomar eller molekylær brint

Processer, hvor der er mulighed for absorption af brint, omfatter syrebejdsning og galvanisering. Hydrogen er til stede i syrebejdsningsbade. Ved galvanisering dannes der brint på overfladen af det metal, der belægges, ved galvanisering. Syrebejdsning anvendes til at fjerne oxidskæl fra overfladen af stål, og galvanisering anvendes almindeligvis til at aflejre zink på stålmøtrikker, bolte, skruer og andre fastgørelseselementer med henblik på galvanisk korrosionsbeskyttelse af stålet. Andre galvaniserede belægninger anvendes til forskellige anvendelser.

Hydrogenabsorption kan også forekomme, når en komponent er i drift, hvis stålet udsættes for syrer, eller hvis der sker korrosion af stålet.

Intergranulært brud

Et eksempel på svigt som følge af hydrogenforsprødning er vist i nedenstående figurer. Det venstre billede viser et makroskopisk billede af en brækket, zinkbelagt stålbolt. Det højre billede viser et scanningelektronmikroskopisk billede af brudfladen. På dette billede kan man se de enkelte korn på metalets brudflade, hvilket er tegn på intergranulært brud. Bolten blev forsprød under zinkgalvaniseringsprocessen.

Intergranulær revnering opstår, når revner dannes og vokser langs svækkede korngrænser i et metal. I tilfælde af brintforsprødning svækker brintboblerne ved korngrænserne metallet.

Krav til svigt som følge af brintforsprødning

Der er tre krav til svigt som følge af brintforsprødning:

• Et modtageligt materiale.
• Bekæmpelse i et miljø, der indeholder brint.
• Forekomst af trækspænding på komponenten.

Højstyrkestål med en trækstyrke på mere end ca. 145 ksi (1000 MPa) er de legeringer, der er mest sårbare over for hydrogenforsprødning.

Som tidligere nævnt sker eksponering for hydrogen under overfladebehandlingsprocesser som f.eks. syrebejdsning og galvanisering og under brug, hvis stålet udsættes for syrer, eller hvis der opstår korrosion.

Med hensyn til spændingen til at forårsage brud kan selv trækresterende spændinger i en komponent være tilstrækkelige til at forårsage svigt af et forsprødt materiale.

Se metallurgikurser & webinarer
Har du brug for hjælp til en svigtanalyse?

Forebyggelse af brintforsprødning

Stræk, der kan tages for at undgå brintforsprødning, omfatter reduktion af brinteksponering og bagning efter galvanisering eller andre processer, der fører til brintoptagelse. Hydrogenforsprødning af galvaniserede komponenter kan forhindres ved at bage dem ved 190-220 °C (375-430 °F) inden for et par timer efter galvaniseringsprocessen. Under bagningen diffunderer hydrogenet ud af metallet.

For anvendelser, hvor der vil ske hydrogenabsorption, mens en komponent er i drift, er brugen af stål med lavere styrke og reduktion af rest- og påført spænding måder at undgå brud på grund af hydrogenforsprødning.

Evaluering for hydrogenforsprødning

Endeligt er der test, der kan udføres for at evaluere, om forarbejdning fører til hydrogenforsprødning af stål. Her er to sådanne test:

• ASTM F1940 Standard Test Method for Process Control Verification to Prevent Hydrogen Embrittlement in Plated or Coated Fasteners
• ASTM F519 Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating Processes and Service Environments