氢气输送工业管道非列表材料力学性能及测试要求.docx

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1、氢气输送工业管道非列表材料力学性能及测试要求1冲击韧性氢气输送工业管道用材料应具有良好的韧性，应采用低温冲击韧性作为衡量材料适用性的首选指标，冲击韧性的测试要求、测试方法和相关判据符合GB/T20801.2的要求。2硬度和强度管道材料用于氢气输送时，最大硬度宜小于22HRC或250HB,且抗拉强度宜小于800MPa管道焊接接头相对母材可能具有更高的氢脆敏感性，焊缝最大硬度应小于22HRC或250HB；如焊缝区硬度高于母材，可采用强度低于500MPa的管材或采取特殊焊接工艺和焊后热处理工艺。用于关键位置的材料在加工装配后仍需具有较高韧性水平，焊接接头应避免硬/脆性区、微裂纹等。当材料的强度和硬度

2、不满足上述要求时，需要按照本规程5.3.3条和5.3.4条进行氢环境下的服役适用性评价。3氢气环境下的断裂韧性可通过氢气环境下的断裂韧性测试评定材料在氢气工况下的适用性。测试方法可参照GB/T21143,并应满足如下要求：3.1 测试条件采用恒载荷或恒位移方法将疲劳预裂纹试样加载到规定的应力强度系数KIAPP或55MPa-m”2中的最大值。试样应在模拟含氢气输送服役环境下保持加载状态一定时间。试验结束后，对试样进行检验，评估疲劳裂纹前端是否存在亚临界裂纹。对于铁素体钢和马氏体不锈钢，室温试验试样应至少承受1000小时的恒载或恒位移。对于奥氏体不锈钢，测试时间至少为5000小时。3.2 测试样品

3、试验样品应满足GB/T21143要求，样品厚度应大于设计壁厚的85%o在焊缝金属试验中，应在焊缝宽度的中心加工切口，且切口应垂直于材料表面。在热影响区试验中，应在与材料表面大致垂直的位置对缺口进行机加工，且预制裂纹应在确保断裂中包含尽可能多的热影响区。每组试验应包含3个平行样品。3.3 评判依据若试样的亚临界裂纹扩展长度不超过0.25mm,材料满足氢致开裂抗力要求，可用于目标含氢环境。如采用恒载荷方法进行试验，氢环境下的临界应力强度系数KIH即为100%KIAPPo若采用恒位移方法进行试验，KIH等于50%KIAPPo若试样的亚临界裂纹扩展长度大于或等于0.25mm,则按照GB/T21143规

4、定的方法，在含氢环境下测试获得KIH值，并以此作为约束材料在氢环境下使用的断裂力学依据。4氢脆敏感性4.1 慢应变速率拉伸试验金属材料的氢脆，表现为拉伸过程中塑性和强度的降低，特别是在存在缺陷的情况下，降低幅度更为明显。可通过慢应变速率拉伸实验测定材料在氢气环境下样品断面收缩率、延伸率、抗拉强度的损失以评价其氢脆敏感性。测试方法可参照GB/T15970.7,并应满足如下要求：(1)测试条件试验应分别在模拟工况下的含氢混合气体(纯氢气)和惰性气体条件下进行测试。试验温度应取材料在预期工作温度范围内性能受氢气劣化作用最严重的温度，含氢混合气体(纯氢气)和惰性气体条件下的实验温度应保持一致。试验气氛

5、压力应大于或等于预期的最高允许的氢气分压。宜在模拟环境下保持足够时间，以便氢扩散进入材料。(2)测试样品试验样品可参照GB/T15970.6,可采用多种类型，包括光滑试样、缺口试样及预制裂纹试样。(3)应变速率试验可采用恒位移速率加载，应采用对氢脆敏感的应变速率进行实验。通常条件下，对于光滑试样，氢脆敏感的应变速率为10-6s-1o对于含缺口或预制裂纹试样，宜先进行不同应变速率条件下的慢应变速率拉伸实验，以确定敏感值，再利用敏感值进行测试。(4)评判依据检查断口侧面是否存在二次裂纹，或断口表面是否显示脆性断裂特征。计算暴露于含氢环境中和暴露于惰性环境中试样应力应变特征值的比，评定氢脆敏感性，两

6、者差异越大，氢脆敏感性越高，损失超过20驰认为具有显著氢脆敏感性。可以用于评定的特征值包括断裂时间、断面收缩率、断后伸长率、最大载荷、应力-应变曲线所包围的面积、断口上脆性断裂区所占的面积分数等。4.2 紧固圆盘压力试验紧固圆盘压力试验也可用于评价金属材料氢脆敏感性，测试要求、测试方法和相关判据参照GB/T34542.3相关要求执行。4.3 氢致疲劳裂纹扩展测试氢气环境对金属材料疲劳裂纹扩展过程具有促进作用，可以作为表征材料环境适用性和损伤容限的重要手段。按照GB/T6398相关要求，在室温下，在不低于容器设计压力的氢气中进行试验，用于在氢气环境和设计压力下测量疲劳裂纹扩展速率da/dn=c(

7、K)m0(1)试验条件试验应分别在模拟工况下的含氢混合气体(纯氢气)和惰性气体条件下进行测试。试验温度应取材料在预期工作温度范围内性能受氢气劣化作用最严重的温度，含氢混合气体(纯氢气)和惰性气体条件下的实验温度应保持一致。试验气氛压力应大于或等于预期的最高允许的氢气分压。宜在模拟环境下保持足够时间，以便氢扩散进入材料。(2)试验样品试验样品应满足GB/T6398要求，在焊缝金属试验中，应在焊缝宽度的中心加工切口，且切口应垂直于材料表面。在热影响区试验中，应在与材料表面大致垂直的位置对缺口进行机加工，且预制裂纹应在确保断裂中包含尽可能多的热影响区。每组试验应包含3个平行样品O(3)测试参数测试频率应按实际需要进行设置，但是不应超过0.1HzoR比(即最小应力强度系数和最大应力强度系数的比值，KmiKmax)不得小于管道设计R比。da/dnc(K)m由断裂分析中有效的AK范围获得。