Waterstofbrosheid verwijst naar het fenomeen waarbij metalen, met name staalsoorten met een hoge sterkte, bros worden en barsten door de absorptie en diffusie van waterstofatomen. Dit vermindert de mechanische eigenschappen van het metaal aanzienlijk, waardoor het gevoeliger wordt voor falen onder spanning.
Waterstofbrosheid treedt doorgaans op wanneer metalen worden blootgesteld aan waterstof. Waterstof kan vrijkomen tijdens productieprocessen (zoals lassen of galvaniseren) of in waterstofomgevingen.
Waterstofatomen dringen het metaal binnen en interacteren met de microstructuur, met name bij de korrelgrenzen. Hierdoor ontstaan interne spanningen die de ductiliteit en taaiheid van het metaal verminderen.
Waterstofbrosheidgevoeligheid van verschillende materialen
| Materiaal | Gevoeligheid voor waterstofbrosheid | Redenen | Voorzorgsmaatregelen |
| Hoogwaardig staal | Hoge gevoeligheid | De korrelgrenzen en neerslagen van hoogwaardig staal absorberen waterstof sterk, wat leidt tot brosse breuk. | Let er vooral op dat er geen waterstof binnendringt tijdens processen zoals lassen en beitsen. |
| Laaggelegeerd staal | Gemiddelde gevoeligheid | Laaggelegeerd staal is minder gevoelig voor waterstofbrosheid, maar de samenstelling van de legering en warmtebehandelingsprocessen hebben een grote invloed op de vatbaarheid ervan. | Kies de juiste legeringselementen en warmtebehandelingen om de weerstand tegen waterstofbrosheid te verbeteren. |
| Roestvrij staal | Gemiddelde tot hoge gevoeligheid | Martensitische roestvaste staalsoorten zijn zeer gevoelig voor waterstofbrosheid vanwege hun hoge sterkte en hardheid. Austenitische roestvaste staalsoorten hebben hier minder last van vanwege hun taaiheid. | Besteed speciale aandacht aan het risico op waterstofbrosheid in martensitische roestvaste staalsoorten. Austenitische roestvaste staalsoorten zijn relatief veilig. |
| Aluminiumlegeringen | Lage gevoeligheid | Waterstofbrosheid vormt minder een probleem bij aluminiumlegeringen, hoewel bij legeringen met een hoge sterkte waterstofbrosheid kan optreden in omgevingen met hoge spanningen. | Wees voorzichtig bij het lassen of in complexe omgevingen, vooral bij aluminiumlegeringen met een hoge sterkte. |
| Titaniumlegeringen | Hoge gevoeligheid | Waterstof kan met titanium reageren en titaniumhydride vormen, waardoor de sterkte en taaiheid afnemen. | Wees voorzichtig met waterstofbrosheid in titaniumlegeringen bij hoge temperaturen en zorg voor de juiste bescherming tijdens het lassen. |
| Nikkel legeringen | Lage tot gemiddelde gevoeligheid | Nikkellegeringen zijn over het algemeen bestand tegen waterstofbrosheid, maar extreme omstandigheden kunnen toch brosheid veroorzaken. | Hoewel het materiaal over het algemeen niet gevoelig is voor waterstofbrosheid, moeten er toch voorzorgsmaatregelen worden genomen tijdens het lassen en chemische verwerking. |
| Koperlegeringen | Lage gevoeligheid | Waterstofbrosheid is doorgaans geen probleem bij koperlegeringen, hoewel er bij koperlegeringen met een hoge sterkte of in omgevingen met hoge waterstofconcentraties nog steeds sprake kan zijn van brosheid. | Wees u bewust van de risico's van waterstofbrosheid in koperlegeringen in omgevingen met hoge waterstofconcentraties. |
| Gietijzer | Hoge gevoeligheid | Gietijzer is van nature bros en gevoelig voor scheuren onder invloed van waterstof. | Vermijd blootstelling van gietijzer aan omgevingen met veel waterstof, vooral bij hoge temperaturen of tijdens het lassen. |
Oorzaken van waterstofbrosheid
De belangrijkste oorzaken van waterstofbrosheid zijn blootstelling aan waterstofgas, bijvoorbeeld tijdens het lassen, galvaniseren, beitsen en in corrosieve omgevingen;
Hoogsterkte staalsoorten zijn gevoeliger voor waterstofbrosheid vanwege hun roosterstructuur, waardoor waterstofatomen gemakkelijker kunnen binnendringen;
Externe en restspanningen kunnen waterstofbrosheid bevorderen;
Omgevingen met een hoge luchtvochtigheid en hoge waterstofconcentraties verergeren het probleem;
Een onjuiste warmtebehandeling of oppervlaktebehandeling waarbij waterstof niet volledig wordt verwijderd, kan ook leiden tot waterstofbrosheid. Microdefecten in het materiaal en wisselende legeringssamenstellingen kunnen de gevoeligheid voor waterstofbrosheid vergroten.
Waterstofbrosheidsproces
Het proces van waterstofbrosheid begint wanneer waterstofatomen het metaal binnendringen en diffunderen, waarbij ze zich ophopen bij microdefecten. Dit leidt tot een vermindering van de mechanische eigenschappen, met name een afname van de ductiliteit en taaiheid.
Waterstof kan het metaal binnendringen via lassen, beitsen, galvaniseren, etc. en zich ophopen bij korrelgrenzen, verschuivingen en scheuren in de microstructuur.
De ophoping van waterstof verzwakt de atomaire bindingen, waardoor er meer scheuren ontstaan en zich sneller verspreiden. Dit leidt uiteindelijk tot brosse breuken en materiaalfalen.
Dit proces wordt beïnvloed door factoren zoals temperatuur, spanning en waterstofconcentratie, met een grotere ernst in materialen met een hoge sterkte en in omgevingen met veel waterstof.
Daarom is het van cruciaal belang om het waterstofbrosheidsproces te begrijpen, zodat we de juiste maatregelen kunnen nemen. Denk hierbij aan het selecteren van geschikte materialen, het beheersen van omgevingsfactoren en het toepassen van oppervlaktebehandelingen om dit fenomeen te voorkomen.
Voorkomen van waterstofbrosheid
Maatregelen om waterstofbrosheid te voorkomen zijn onder andere het verminderen van de blootstelling aan waterstofbronnen, het selecteren van geschikte materialen, het optimaliseren van lasprocessen, oppervlaktebehandelingen, het beheersen van omgevingsfactoren en het toepassen van de juiste warmtebehandeling.
De sleutel tot het voorkomen van waterstofbrosheid is het vermijden van blootstelling van metalen aan omgevingen met veel waterstof. Dit kan bijvoorbeeld door elektroden met weinig waterstof te gebruiken, lasprocessen te verbeteren en lastemperaturen te controleren. Daarnaast moet u waterstofbestendige materialen selecteren, zoals koolstofarm staal met een goede taaiheid. Ook moet u voor- en naverwarmingsbehandelingen uitvoeren vóór en na het lassen om de waterstofafgifte te bevorderen. Daarnaast moet u het oppervlak reinigen en beschermende coatings gebruiken om waterstofbronnen te isoleren. Daarnaast moet u de omgevingscontroles versterken om vocht- en waterstofophoping te voorkomen.
Deze uitgebreide maatregelen kunnen het optreden van waterstofbrosheid effectief verminderen en zo de veiligheid en betrouwbaarheid van metalen materialen in toepassingen met hoge sterkte of kritische toepassingen garanderen.
Samenvatting
Waterstofbrosheid is een ernstig probleem dat van invloed is op metalen, met name staalsoorten en legeringen met een hoge sterkte. De ernst ervan mag niet worden onderschat.
Het vermindert de ductiliteit en taaiheid van metalen aanzienlijk, waardoor ze gevoeliger worden voor brosse breuken onder externe spanningen. Dit brengt de veiligheid van de apparatuur en de structurele betrouwbaarheid in gevaar.
Dit is vooral een probleem in sectoren als olie en gas, lucht- en ruimtevaart en chemie. In deze sectoren kan waterstofbrosheid leiden tot apparatuurstoringen, milieuvervuiling en productiestilstand, met hoge reparatie- en vervangingskosten tot gevolg.
Door effectieve preventieve maatregelen te nemen, kan de levensduur van apparatuur worden verlengd, kunnen onderhoudskosten worden verlaagd en kan worden voldaan aan de regelgeving. Hierdoor worden de productieveiligheid en de economische prestaties gewaarborgd.
Daarom is het aanpakken van waterstofbrosheid van cruciaal belang, niet alleen om de veiligheid van personeel en apparatuur te waarborgen, maar ook om de economische efficiëntie en naleving van de regelgeving binnen het bedrijf te verbeteren.
NL 
EN 
DE 
RU 
FA 
ID 
ES 
FR