Brintskørhed er en typisk skrøbelig svigttilstand for høj-styrkestål. Frie brintatomer, der trænger ind i stålmatrixen, akkumuleres ved interne defekter, korngrænser og spændingskoncentrationsområder, hvilket forårsager en kraftig stigning i lokal indre spænding. Når den hydrogen-inducerede koncentrerede spænding overstiger stålets lokale styrkegrænse, opstår der irreversible mikrorevner inde i materialet. Efter boltformning og service, under koblingseffekten af intern restspænding og ekstern arbejdsspænding, fortsætter disse mikrorevner med at udbrede sig og i sidste ende føre til pludselige sprøde brud.
Brintskørhed er irreversibel. Det kan kun forebygges gennem proces- og arbejdstilstandskontrol i stedet for at elimineres ved efterbehandling.- Derfor er en klar forståelse af de inducerende faktorer ved brintskørhedsbrud afgørende for grundlæggende at undgå sådanne fejl. De vigtigste årsager til brintskørhed i legerede stålbolte omfatter brintpenetrering under bejdsning, resterende brint under smeltning, brintabsorption fra servicemiljøer og brint-induceret forsinket skørt brud.
1. Brintgennemtrængning under bejdseprocesser
For-behandlingsprocedurer, herunder bejdsning, fosfatering, forsæbning og galvanisering, er de vigtigste kilder til brintindtrængning under boltfremstilling. Blandt disse processer udgør bejdsning og fosfatering den mest betydningsfulde brintudvikling og brintpenetrationsadfærd. Under fosfatbehandlingen danner det sure medium adskillige mikrogalvaniske celler mellem jern- og kulstofstrukturer i stålet. En tæt fosfatfilm dannes på emnets overflade ved anoden, mens der opstår alvorlige hydrogenudviklingsreaktioner ved katoden, der genererer et stort antal aktive brintatomer.
Nyligt genererede brintatomer har lille volumen og høj aktivitet, hvilket gør dem i stand til nemt at trænge ind i ståloverfladen og forblive inde i matrixen. Procesbrintindtrængning under fremstilling er den primære årsag til brintskørhedbolte af legeret stål.
2. Ufuldstændig fjernelse af brint under smeltning
Under smeltningen af legeret stål indføres sporbrint af råmaterialer, ovngas og kølemedier. Begrænset af smeltetemperatur, ovnmiljø, afgasningsprocesser og proceskontrol kan brintatomer i smeltet stål ikke fjernes fuldstændigt, hvilket efterlader en vis mængde resterende brint i stålmatrixen.
Resterende brint reducerer bindingsstyrken af stålkorngrænser og øger den strukturelle skørhed. Under efterfølgende varmebehandling, kold kurs og servicebelastning accelererer det initieringen og udbredelsen af mikrorevner og øger risikoen for brintskørhed betydeligt.
3. Brintabsorption fra eksterne servicemiljøer
Når bolte fungerer i langtids-fugtige, regnfulde eller ætsende miljøer, forekommer elektrokemiske reaktioner på boltoverfladen udløst af fugt og ætsende medier. Disse reaktioner genererer kontinuerligt aktive brintatomer, der trænger ind i boltmatrixen.
I miljøer med regn, høj-fugtighed og tung salttåge absorberer bolte brint hurtigere med højere brintakkumulering, hvilket resulterer i en meget højere sandsynlighed for brintskørhed sammenlignet med tørre arbejdsforhold.
4. Hydrogen-Induceret forsinket skørt brud
Dette er kernefejltilstanden for brintskørhed. Frit resterende brint inde i boltmatrixen akkumuleres kontinuerligt i spændingskoncentrationszoner under den kombinerede virkning af resterende forspænding og skiftende driftsbelastning. Hydrogenberigelse reducerer i høj grad materialets brudsejhed og fremmer den langsomme udbredelse af iboende mikrorevner, hvilket i sidste ende forårsager forsinket skørt brud uden tydelige præ-symptomer. Det er en typisk lav-stress pludselig fejltilstand.
Foranstaltninger til forebyggelse af brintskørhed
Brintskørhed afboltebygger hovedsageligt på forebyggelse. Ved faktisk produktion og anvendelse skal råmaterialer med lav-brint-følsomhed vælges i henhold til boltstyrkekvaliteter og servicebetingelser. Nøgleprocesser såsom varmebehandling, bejdsning, fosfatering og galvanisering bør optimeres, ledsaget af streng dehydrogeneringsbehandling og fuld-proceskvalitetskontrol. Omfattende forebyggelsesforanstaltninger, der dækker udvælgelse af råmaterialer, fremstilling, overfladebehandling, montering og drift, kan effektivt eliminere risici for brintskørhed.
