问：在指定用于氢气的阀门时，应牢记一些材料方面的考虑？

答：氢会在金属材料中引起许多不同的不利影响。可能发生的特定问题以及避免这些问题的方法取决于使用条件。尽管该主题太大，无法在本专栏中介绍，但以下是主要的氢损伤机理的描述，以及避免问题的一些建议。

氢脆
氢脆，也称为氢应力开裂或氢诱导的开裂，是由于吸收氢而导致金属延展性低的条件。氢脆是极限抗拉强度大于90 ksi的钢中的主要问题，尽管许多其他合金也很容易受到影响。大多数氢脆失效是由于吸收电镀，酸洗或清洁操作过程中产生的氢而导致的。但是，在使用过程中也可能会充氢。这通常发生在由于腐蚀而产生氢气的情况下，尽管在高温氢气应用中也会发生。氢脆失效通常被表征为在接近环境温度，应力低于屈服强度，并表现出单一，无分支的裂纹。但是，会且确实会发生偏离这些特性的故障。

氢脆现象需要氢离子（H +）或单原子氢（H）的来源。双原子（分子）氢（H2）不会引起氢脆，因为H2分子太大而无法扩散到金属晶体结构中。

氢离子是在任何电解或水腐蚀过程中产生的，包括一般腐蚀，电化腐蚀，点蚀，电清洁，电抛光，酸洗和电镀过程。

单原子氢（H）是通过高温分解双原子氢（H2）形成的。据报道，这种离解开始于大约350°F（175°C）时发生，随着温度的升高H / H2的比例增加。

应该提到的是，尽管氢脆可能在环境温度下发生，但是在高温下暴露于氢中的材料中可能会发生环境温度故障。

由于硫化物应力开裂本质上是由于存在硫化物离子而催化的氢脆，因此NACE MR0175 / ISO 15156，石油和天然气工业-石油和天然气生产中含H2S的环境中使用的材料，和/或NACE MR0103，耐材料性腐蚀性石油精炼环境中硫化物应力开裂的影响，可以用作一般材料选择的指南，以避免氢脆。然而，这些标准中的要求在某种程度上是保守的，以避免常规的氢脆。通常，低于35 HRC的钢通常可用于需要考虑常规氢脆性的应用，而NACE标准将要求钢满足22 HRC的硬度要求。奥氏体不锈钢，大多数镍和铜合金以及铝合金通常具有抗氢脆性，尽管这些材料族中的某些沉淀硬化和/或应变硬化等级可能会遭受氢脆。

氢侵蚀
当碳钢和低合金钢暴露于高压，高温氢中时，单原子氢会扩散到钢中并与钢中的碳结合形成甲烷气体，甲烷气体被捕集在晶界和其他区域。材料中的不连续性。产生的内部脱碳和晶界裂化降低了材料的机械性能。随着铬和钼含量的增加，对氢的抵抗力也会增加，因为这些元素比铁形成更稳定的碳化物，并且不会轻易将碳释放到氢中。API推荐规范941，炼油厂和石化厂在高温和高压下用于氢气的钢包括一张图表（通常称为纳尔逊曲线），该图表显示了可接受的碳和合金钢材料随氢分压和温度而变化的区域。

氢气起泡
氢气起泡是钢中含有氢气的水泡的形成。当单原子氢（H）扩散通过钢并在内部缺陷（例如空隙，叠片和非金属夹杂物）处重组为分子氢（H2）时，会发生这种情况。分子氢不能通过钢扩散回去，因此分子氢的逐渐积累会导致缺陷腔内部的压力增加，最终导致材料起泡。通常将镇静钢指定用于高温氢气应用或已知会产生离子氢的应用。镇静钢是用强脱氧剂（例如硅或铝）处理过的钢，目的是减少熔融铸锭中的氧含量，从而降低成品钢中的气孔率。相较于非镇静钢，镇静钢由于相对缺乏内部空隙而对氢起泡的抵抗力更高。“杀死”一词实际上仅涉及锻造产品；但是，铸钢也要用硅或铝等元素脱氧，以防止形成气孔。