压力容器用材氢脆敏感性试验方法与流程

1.本发明涉及材料测试领域，具体是压力容器用材氢脆敏感性试验方法。


背景技术：

2.氢能具有来源多样、能量转化率高、无污染、可再生等优点，作为目前重要的二次能源，氢能在能源转型过程中的价值日益凸显，其开发与利用受到各国政府的广泛关注，经济安全的氢能储输技术是氢能产业实现规模化发展的前提。
3.高压氢脆又被称为环境氢脆，是指金属材料在高压氢气环境中服役时，环境中的氢浸入金属内部，在应力和氢的联合作用下引发的氢脆，材料氢脆会严重影响高压氢气运输系统的性能，会产生金属材料塑性下降、低循环疲劳寿命下降、裂纹增长速率增加等问题。目前现有的高压氢脆试验方法是将金属材料置于高压氢气环境中直接进行氢脆试验，评价指标单一且不符合实际工况，因此亟待解决。


技术实现要素：

4.为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了压力容器用材氢脆敏感性试验方法。本发明可通过多项评价指标在更符合实际工况的情况下完成对材料的氢脆敏感性试验。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.压力容器用材氢脆敏感性试验方法，包括如下步骤：
7.s1、准备至少三组同规格的柱状的试样，沿试样轴向加工形成盲孔；
8.s2、将试样置于密封环境中，并通过氢气管路向试样的盲孔内充入高压氢气；
9.s3、在试样的盲孔内氢气压力达到预定值时，进行保压试验，并检测密封环境内的氢通量；
10.s4、保压试验结束后，对三组试样依次进行拉伸试验、水压爆破试验以及水压疲劳试验，并记录试验数据，根据拉伸量、爆破压力以及疲劳寿命的综合指标计算氢脆敏感性。
11.作为本发明进一步的方案：在拉伸试验时：
[0012][0013]
其中，为以伸长率为表征的氢脆敏感指数；
[0014]
为未充氢气的试样拉伸的伸长率；
[0015]
为充入氢气的试样拉伸的伸长率；
[0016]
在水压爆破试验时：
[0017][0018]
其中，σ
ah
为以爆破压力值为表征的氢脆敏感指数；
[0019]
σa为未充氢的试样水压爆破时的爆破压力值；
[0020]
σh为充氢后的试样水压爆破时的爆破压力值；
[0021]
在水压疲劳试验时：
[0022][0023]
其中，为以疲劳寿命为表征的氢脆敏感指数；
[0024]
为未充氢的试样水压疲劳循环次数；
[0025]
为充氢后的试样水压循环疲劳次数；
[0026]
则氢脆敏感性由下式可得：
[0027][0028]
τ为该试样材料的氢脆敏感性。
[0029]
作为本发明再进一步的方案：拉伸试验时，以2mm/min速度对试样进行拉伸，记录试样破裂时的拉伸量为
[0030]
作为本发明再进一步的方案：水压爆破试验时，控制水压上升速率为0.5mpa/s，记录试样破裂时的爆破压力vmpa。
[0031]
作为本发明再进一步的方案：水压疲劳试验时，以试样的水压爆破试验爆破压力为σmpa，水压疲劳试验的压力范围为1mpa～σ/2mpa,水压上升速率为0.5mpa/s,循环直至试样破裂，记录试样破裂时的循环次数
[0032]
作为本发明再进一步的方案：在步骤s3中，当压力达到115mpa时进行保压试验，保压时间为800～1200h。
[0033]
作为本发明再进一步的方案：所述密封环境为防爆箱，试样置于防爆箱内进行试验，防爆箱上设置有紧急排放口以用于泄放氢气；防爆箱外设置有高压氢气源与防爆箱内的氢气管路连通，氢气管路上设置有控制氢气流量的控制阀以及测量管路内压力大小的压力传感器，防爆箱上设置有氢通量仪以测算防爆箱内的氢通量。
[0034]
作为本发明再进一步的方案：拉伸试验、水压爆破试验以及水压疲劳试验中均设置三件平行试样，并同时设置三件对照试样；试验结束后，通过金相组织观察确定试样是否具有氢脆特征。
[0035]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0036]
1、本发明通过开展柱状试样力学性能测试，将氢气直接充入到试样盲孔内部，通过多项指标综合评价了金属材料的氢敏感性，在更接近实际工况的条件下综合多种指标反映出金属材料在高压环境下氢脆特征，客观全面的完成了对材料的氢脆敏感性试验。
附图说明
[0037]
图1为本发明的结构示意图。
[0038]
图中：1、防爆箱；2、试样；3、高压氢气源；4、控制阀；5、压力传感器；6、紧急排放口；7、氢通量仪。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
请参阅图1，本发明实施例中，压力容器用材氢脆敏感性试验方法，包括如下步骤：
[0041]
s1、准备三组同规格的柱状的试样2，试样2材质为30crmoiv金属材料，每组中设置三件平行试样2，每组还需同时设置三件对照试样2，共准备18件试样2。
[0042]
各试样2均沿其轴向加工形成盲孔，开孔端加工锥面密封。
[0043]
s2，将试样2置于防爆箱1内，防爆箱1内密封设置，其箱体上设置有紧急排放口6，用与泄放箱体内的氢气。防爆箱1外设置有高压氢气源3，其通过氢气管路与防爆箱1内的各试样2连通，从而向试样2的盲孔内充高压氢气，以10mpa/min速率通入氢气。
[0044]
为方便实时调控，氢气管路上设置有控制氢气流量的控制阀4以及测量管路内压力大小的压力传感器5。
[0045]
防爆箱1还外接有氢通量仪7从而测算防爆箱1箱体内的氢通量。
[0046]
s3、在试样2的盲孔内氢气压力达到115mpa时，进行保压试验，保压时间为800～1200h，优选为1000h；并检测密封环境内的氢通量。
[0047]
s4、保压试验结束后，对三组试样2依次进行拉伸试验、水压爆破试验以及水压疲劳试验，并记录实验数据。
[0048]
拉伸试验时，
[0049]
其中，为以伸长率为表征的氢脆敏感指数，为百分数；
[0050]
为未充氢气的试样2拉伸的伸长率；
[0051]
为充入氢气的试样2拉伸的伸长率；
[0052]
采用sht4505型电液伺服万能试验机对试样2进行拉伸试验，拉伸速率为2mm/min速度，记录试样破裂时的拉伸量为
[0053]
在水压爆破试验时：
[0054][0055]
其中，σ
ah
为以爆破压力值为表征的氢脆敏感指数，为百分数；
[0056]
σa为未充氢的试样2水压爆破时的爆破压力值；
[0057]
σh为充氢后的试样2水压爆破时的爆破压力值；
[0058]
控制水压上升速率为0.5mpa/s，记录试样破裂时的爆破压力σmpa。
[0059]
在水压疲劳试验时：
[0060][0061]
其中，为以疲劳寿命为表征的氢脆敏感指数，为百分数；
[0062]
为未充氢的试样2水压疲劳循环次数；
[0063]
为充氢后的试样2水压循环疲劳次数；
[0064]
以试样2的水压爆破试验爆破压力为σmpa，水压疲劳试验的压力范围为1mpa～σ/2mpa,水压上升速率为0.5mpa/s,循环直至试样2破裂，记录试样(2)破裂时的循环次数
[0065]
以τ为该试样2材料的氢脆敏感性：
[0066][0067]
结束试验后，将试验后的试样分别置于supra40扫描电子显微镜下进行金相观察。
[0068]
本技术的另一实施例为电子设备。
[0069]
该电子设备可以是可移动设备本身，或与其独立的单机设备，该单机设备可以与可移动设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号，并向其发送所选择的目标决策行为。
[0070]
电子设备包括一个或多个处理器和存储器。
[0071]
处理器可以是中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
[0072]
存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本技术的各个实施例的试验方法。
[0073]
在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构互连。例如，该输入设备可以包括例如车载诊断系统(obd)、摄像头、工业相机等各种设备。该输入设备还可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0074]
除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
[0075]
本技术的又一实施例为还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述试验方法部分中描述的根据本技术各种实施例的试验方法步骤。
[0076]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0077]
此外，本技术的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述试验方法部分中试验步骤。
[0078]
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可
以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0079]
以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
[0080]
本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0081]
还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
[0082]
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0083]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。