【国家标准】 高强度钢氢致延迟断裂评价方法

ICS77.040.99
中华人民共和国国家标准
GB/T390392020
高强度钢氢致延迟断裂评价方法Evaluationmethodforhydrogen-induced delayedfractureofhighstrengthsteels
(ISO16573:2015,SteelMeasurementmethodfortheevaluationofhydrogenembrittlement resistanceofhighstrengthsteels,MOD2020-07-21发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-02-01实施
规范性引用文件
术语和定义
充氢，
拉伸试验
断后试样处理
10氢含量测量
试验报告.
附录A（资料性附录）本标准与ISO16573：2015相比的结构变化情况附录B（资料性附录）本标准与IS016573:2015技术性差异及其原因GD9
本标准按照GB/T1.1-2009
给出的规则起草。
GB/T39039—2020
本标准使用重新起草法修改采用ISO16573:2015《钢高强度钢氢致延迟脆断评价方法》。）16573:2015相比在结构上有调整，附录A中列出了本标准与ISO本标准与ISO
条编号对照一览表。
16573:2015的章
16573:2015相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位本标准与ISO
置的垂直单线（）进行了标示，附录B中给出了相应技术性差异及其原因的一览表本标准做了下列编辑性修改：
一修改了标准名称；
一删除了参考文献。
本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183）归口。
本标准起草单位：钢铁研究总院、江阴兴澄特种钢铁有限公司、西王金属科技有限公司、首钢集团有限公司、北京交通大学、北京科技大学、治金工业信息标准研究院。本标准主要起草人：孙挺、王毛球、韩、黄镇、刘金池、颜丞铭、李晓源、惠卫军、李金许、张剑锋、董金龙。
1范围
高强度钢氢致延迟断裂评价方法GB/T39039—2020
本标准规定了高强度钢氢致延迟断裂评价方法的试样、充氢、恒载荷拉伸试验、慢应变速率拉伸试验、断后试样处理、氢含量测量、试验报告。本标准适用于抗拉强度不低于800MPa的高强度钢。抗拉强度低于800MPa的高强度钢可参照使用。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法(GB/T228.1—2010,ISO6892-1:2009.MOD）
GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备（GB/T29752018.ISO3772017.MOD
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
可扩散氢含量diffusiblehydrogencontent试样中室温下可以扩散的氢的含量。3.2
临界氢含量criticalhydrogencontent在规定应力（0.9倍的抗拉强度或0.9倍的缺口抗拉强度）下，经历规定时间刚好不发生延迟断裂时，试样中可扩散氢的含量。
notchtensilestrength;NTS
缺口抗拉强度
缺口试样拉伸试验期间的最大力与缺口处原始横截面面积的比值。3.4
断裂应力比fracturestressratio充氢试样的抗拉强度(或缺口抗拉强度）与未充氢试样的抗拉强度（或缺口抗拉强度)的比值3.5
constantload tensile test;CLT恒载荷拉伸试验
试样拉伸载荷恒定的一种拉伸试验方法。3.6
慢应变速率拉伸试验
slow strainratetensile test;SSRT试样拉伸应变速率一般低于10-5/s的一种拉伸试验方法。1
GB/T39039—2020免费标准bzxz.net
4原理
4.1概述
本方法根据断裂时间与可扩散氢含量（以下简称氢含量)的关系、断裂时间与应力比的关系、断裂应力比与氢含量的关系、以及临界氢含量等来评价高强度钢的氢致延迟断裂敏感性。也可采用材料的塑性指标（断后延伸率、断面收缩率）与氢含量的关系来评价。在相同氢含量下断裂应力比越高或断裂时间越长，在相同应力比下发生断裂所需氢含量越高，或者临界氢含量越高，高强度钢的氢致延迟断裂敏感性越低。本方法可以对具有不同成分或显微组织的高强度钢的氢致延迟断裂敏感性进行定性比较本方法给出了两种充氢方式：预充氢和连续充氢：两种拉伸试验方法：恒载荷拉伸试验和慢应变速率拉伸试验。试样过程示意图见图1。试样准备
预充氢
连续充氢
恒载荷拉伸试验
4.2预充氢
断后试样处理
氢含量测量
试验报告
慢应变速率拉伸试验
图1试验过程示意图
对于预充氢方法，试样准备好后，通过采用电化学等方法将氢强制充入到试样中，可采用表面镀层方法防止氢逸出，然后在恒载荷（恒应力比）试验条件下拉伸一定时间直至断裂以获得断裂时间，或者到2
GB/T390392020
规定的截止时间（100h，需要时也可以200h或更长），对断裂试样（或未断试样）处理后测量氢含量，重复以上试验，可以得出断裂时间与氢含量的关系。也可以采用慢应变速率拉伸试验方法，将预充氢试样拉断，获得充氢试样的抗拉强度（光滑试样）或缺口抗拉强度（缺口试样），计算断裂应力比，重复以上试验，可以得出断裂应力或断裂应力比与氢含量的关系。4.3连续充氢
对于连续充氢方法，试样准备好后，通过电化学等方法将氢强制充入到试样的同时，在恒载荷（恒应力比）试验条件下拉伸一定时间直至断裂以获得断裂时间，或者到规定的截止时间（100h，需要时也可以200h或更长），对断裂试样（或未断试样）处理后测量氢含量，重复以上试验，可以得出断裂时间与氢含量的关系。也可以采用慢应变速率拉伸试验方法，将连续充氢试样拉断，获得充氢试样的抗拉强度（光滑试样）或缺口抗拉强度（缺口试样），计算断裂应力比，重复以上试验，可以得出断裂应力或断裂应力比与氢含量的关系。连续充氢方法比较适合于酸性溶液浸泡充氢、大气腐蚀环境中充氢以及高压氢气中充氢。
5试样
5.1取样部位按照GB/T2975规定执行。5.2推荐采用光滑试样、缺口试样、板状试样三种中的一种（见图2），试样几何尺寸参数见表1。条件允许时，建议采用直径10mm圆棒试样或厚度2mm的板状试样：条件不允许时，也可采用其他形状和尺寸的试样。
a）光滑试样
b）缺口试样
图2试样形状及尺寸
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说明：
夹持端直径：
标距段直径：
平行长度：
过渡圆弧半径为10mm；
缺口开口度：
试样的厚度：
试样的宽度：
原始标距：
试样总长度。
板状试样
图2（续）
表1试样几何尺寸参数
光滑试样
板状试样其他尺寸应符合GB/T228.1的要求。6充氢
6.1概述
缺口试样
0.02,0.03
单位为毫米
板状试样。
充氢方式可以采用预充氢或者连续充氢。可采用以下四种充氢方法：电化学充氢、酸性溶液中浸泡充氢、大气腐蚀环境中充氢和高压氢气中充氢。6.2电化学充氢
推荐的电化学充氢溶液成分见表2。溶液1适合于引入较低氢含量，溶液2适合于引入较高氢6.2.1
含量，溶液3适合于引入更高氢含量。A
NHaSCN
表2推荐充氢溶液成分
浓度或加入量
0.01mol/L,0.05mo1/L
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适合于低氢含量
适合于较高氢含量
适合于更高氢含量
6.2.Z电化学充氢的电流密度、充氢时间等参数根据氢含量需要确定。推荐电流密度为0A/320A/m2。对高强螺栓钢，推荐采用溶液1或溶液2，充氢48h。6.3酸性溶液中浸泡充氢
对于酸性溶液中浸泡充氢，通常使用HCI溶液或加入CH3COOH/CH3COONa缓冲剂的HCI溶
液。浸入时间应根据被测材料的试样尺寸和氢扩散系数确定。注：例如，试样在室温下浸入5%HCI溶液中。6.4大气腐蚀环境中充氢
对于大气腐蚀环境中的充氢，通过盐雾试验(SST）或循环腐蚀试验CCT）进行。循环腐蚀试验包括盐雾、干燥和加湿等阶段。表3中列出了推荐CCT试验过程和试验条件。表3推荐的循环腐蚀试验过程
6.5高压氢气中充氢
5%NaC1,35℃
湿度20%30%，60℃
湿度≥95%，50℃
时间/h
对于高压氢气充氢，试样应在室温以上直接暴露于高压氢气中，氢气压力不宜超过140MPa。暴露时间应根据被测试材料的试样尺寸和氢扩散系数确定。试验时应非常小心。由于该试验的危险性建议尽量不采用。
7镀层
在预充氢后，可对试样进行表面镀锌，以防止氢逸出。镀锌溶液按表4配制，镀锌溶液pH值宜控制在5~6，电流和时间等参数依据需要确定，镀锌层厚度应至少为15μm。也可采用其他镀层。5
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镀锌溶液
8拉伸试验
8.1概述
镀锌溶液组元及其含量
十二烷硫酸钠
H20（蒸馅）
拉伸试验分恒载荷拉伸试验和慢应变速率拉伸试验两种。8.2恒载荷拉伸试验
8.2.1恒载荷拉伸试验步骤如下：a)
使用适当的夹具以一定的应力对试样进行单轴拉伸加载：在恒载荷下将试样拉伸至断裂：含量
记录断裂时间，如果试样100h（需要时可以200h或更长）不断裂则认为其不会断裂，停止加载：
恒载荷拉伸试验后，按第9章对断后试样进行处理，并按第10章测量氢含量：重复a)～d)，直至获得断裂应力比为0.9时对应的氢含量，即临界氢含量，或者获得断裂时间与氢含量的关系、断裂时间与应力比的关系：记录试验结果。
8.2.2应力比应控制在0.3～0.9。8.2.3建议在相同的应力比下测试三个试样，取平均值作为结果8.2.4试验结果通过在一定应力比下的断裂时间与氢含量的关系（见图3)或在一定氢含量下断裂时间与应力比的关系来表达（见图4）。说明：
X—断裂时间，单位为小时(h);
Y—氢含量，单位为质量分数（X10-6)。o
图3恒载荷拉伸试验结果（断裂时间-氢含量）Lo
说明：
x一断裂时间，单位为小时(h);
一应力比。
图4恒载荷拉伸试验结果（断裂时间-应力比）8.3
慢应变速率拉伸试验
慢应变速率拉伸试验步骤如下：1000
GB/T39039--2020
GB/T39039—2020
使用适当的夹具对试样进行单轴拉伸加载；在慢应变速率下将试样拉伸至断裂；记录断裂应力：
慢应变速率拉伸试验后，按第9章对断后试样进行处理，并按第10章测量氢含量；重复a)~d)，直至获得断裂应力比为0.9时对应的氢含量，即临界氢含量，或者获得断裂应力（断裂应力比）与氢含量的关系：记录试验结果。
8.3.2拉伸应变速率应低于10-5/s。8.3.3建议在相同的充氢条件下测试三个试样，取平均值作为结果。8.3.4试验结果通过断裂应力（断裂应力比)与氢含量关系来表达，见图5。3000
说明：
X氢含量，单位为质量分数（X10-6)：断裂应力，单位为兆帕(MPa)。
图5慢应变速率拉伸试验结果（断裂应力-氢含量）断后试样处理
9.1对于无镀层试样，拉伸试验后对断裂试样进行以下处理：将断裂试样保存在液氮中以防止氢逸出：a）
距离断口附近切取用于氢含量测量的试样，见图6：切取后的试样需用丙酮超声清洗后立即进行测量，否则需保存在液氮中以防止氢逸出。L20
a)光滑试样
b）缺口试样
c)板状试样
图6切取氢含量测量试样示意图
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单位为毫米
9.2对于表面有镀层试样，在氢含量测量之前需去除镀层，去除方法及具体参数参照镀层方法确定。9.3未断试样需要测量氢含量时，可参考以上方法切取氢含量测量试样。10氢含量测量
10.1采用升温脱氢分析方法(TDS法）测量试样中的氢含量，具体测量要求如下：a)测量前需对试样进行超声清洗；b）测氢试样准备（从液氮中取出、清洗等）至开始测量时间不超过0.5h，并且尽量保持一致；在一般情况下，可扩散氢根据氢脱附曲线的第一个峰计算：当低于400℃下观察到几个峰，可扩散氢可以通过所有峰求和计算：d）推荐的加热速率为100℃/h。10.2也可采用气相色谱法、热导法等其他方法测量氢含量。11试验报告
试验报告应至少包含下列信息：a)本标准编号；
试验材料（如钢的牌号及化学成分、热处理等）：b)
试样的类型（形状和尺寸）：
试样的力学性能（如屈服强度、抗拉强度、缺口抗拉强度、断后延伸率等）；d)
充氢的方法和条件（如充氢溶液、电流密度、充氢时间等）；测氢方法和条件（如TDS测氢加热速率等）：恒载荷拉伸试验结果（特定应力比下的断裂时间与氢含量的关系、特定氢含量下断裂时间与应力比的关系、临界氢含量等)：或慢应变速率拉伸试验结果（断裂应力或断裂应力比与氢含量的关系）：试验员和试验日期等信息。
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