输氢管线钢氢脆敏感性影响因素综述

随着新能源产业的发展,采用大直径、高强度钢管输送氢气是未来氢能发展的必然趋势。分析了输氢管线钢在氢相容性试验中不同试验参数、输氢介质压力及组分、管线钢组织及强度、夹杂物和残余应力等对管线钢在高压氢气环境下的氢脆敏感性,讨论了降低输氢管线钢的氢脆敏感性的方法,提出了需要进一步重点研发的方向。

加热温度对热成形中锰钢氢脆敏感性的影响

对0.1C–5Mn中锰钢在不同温度(850、950和1000℃)加热后进行热成形处理,利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸及氢渗透实验等研究了加热温度对其氢脆敏感性的影响.结果表明,试验钢在不同温度加热后进行热成形处理,其组织全部为马氏体,同时因自回火而生成一定量的ε-碳化物,且随着加热温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸增加,而试验钢的强度和塑性逐渐降低.当加热温度为850℃时获得了较好的强度与塑性配合,强塑积为22 GPa·%.随着加热温度升高,充氢样中的可扩散氢含量明显降低而非可扩散氢含量有所增加,而以相对缺口抗拉强度损失表征的氢脆敏感性指数及有效氢扩散系数呈现先升高后显著降低的变化趋势,当加热温度为1000℃时,氢脆敏感性最低.进一步断口分析表明,试验钢充氢断口起裂区均为沿着原奥氏晶界的沿晶断裂.试验钢的这种氢脆断裂行为主要与热成形中锰钢的强度水平及自回火析出的ε-碳化物有关.与常用的传统热成形钢22MnB5相比,试验钢的氢脆敏感性较高,这主要与其M_(s)点(马氏体转变开始温度)较低而使得自回火程度较低等有关.

X60、X70管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的对比研究

目的开展电解渗氢管线钢及其焊接接头显微组织和力学性能研究,为掺氢天然气管线服役安全可靠性评估提供支持。方法X60、X70管线钢及其焊接接头试样在100mA/cm^(2)下进行24h电解渗氢后,开展有、无渗氢情况下相关试样的显微组织结构、氢热脱附、拉伸力学性能与断口形貌测试分析,揭示渗氢对X60、X702种管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的影响规律。结果X60及X70管线钢以细小多边形铁素体为主,其焊缝和热影响区以粗大的粒状或板条贝氏体为主。相对于X70管线钢,其焊接接头具有更高的氢渗透性和稳定性。渗氢导致X60、X70管线钢及其焊接接头试样的强度与塑性降低,渗氢X70焊接接头力学性能衰减最为明显,拉伸断口呈准解理断裂特征。结论X70管线钢的氢脆敏感性高于X60管线钢,管线钢焊接接头的氢脆敏感性高于母材。

高强钢零件镀锌镍合金的氢脆敏感性研究进展

为了防止钢铁材料表面在大气环境中发生氧化锈蚀,通常在钢铁零件表面镀锌或镀锌镍合金等防护层。但电镀过程可能会引起高强度材料的氢致开裂或氢脆延迟破坏,因此,探讨高强度材料电镀过程的氢脆敏感性至关重要。本文分析了电镀过程引起高强钢零件氢脆故障的案例和学者们的实验研究结果,探讨了电镀过程中氢的渗入过程,归纳了氢原子在零件内部的存在状态,对比了不同电镀溶液沉积过程中的氢脆敏感性,分析了镀层微观形貌对于氢原子逃逸和氢脆敏感性的影响,总结了热处理烘烤除氢工艺、材料氢脆敏感性评价方法等的研究现状。相关内容可为降低高强钢材料电镀氢脆敏感性的风险打下技术基础,更好的指导电镀高强度钢零件的应用。

储氢容器用金属材料的氢脆敏感性

由于对化石燃料的过度依赖,导致全球能源短缺和环境污染日益严重,迫切需要开发高效、清洁新能源。氢能被认为是未来重要的清洁二次能源,近年来受到广泛关注与研究。氢的高效和安全储运是氢能大规模应用的关键技术。储氢容器临氢材料的氢脆敏感性是氢能的制造、运输、储存过程中需要解决的关键性问题。本文介绍了氢脆的形成机理、影响因素及研究方法,综述了目前国内外对于304不锈钢、316不锈钢、Cr-Mo钢、6016铝合金等主流储氢容器用金属材料的研究现状。最后,针对储氢容器未来的发展趋势进行了展望。

缺口拉伸试样的氢脆敏感性测试方法研究

氢脆缺口拉伸试验方法作为一种对电镀工艺氢脆性评定的标准试验方法应用非常广泛,进行测试时通常选用氢脆敏感性更高的圆形缺口拉伸试样或者应力环试样,这些代表性试样应具备更高的氢脆敏感性。本文介绍了一种使用氰化溶液对HB5067.1圆形缺口拉伸试样氢脆敏感性测试的方法,通过这种测试方法,可以有效的判定缺口拉伸试样的敏感强度是否合适,从而达到在电镀过程中氢脆性能的有效评估。

温度对预应力钢丝氢脆敏感性试验结果的影响研究

在预应力钢丝氢脆敏感性试验中,常因无法及时、准确控制腐蚀溶液温度而使钢丝试验结果出现较大偏差。但溶液温度变化对试验结果的影响程度尚不可知,为此,本文开展不同温度条件下的钢丝氢脆敏感性对比试验,通过分析试验结果与温度变化之间的关联情况,确定溶液温度恒温控制对试验结果准确度的影响,为预应力钢丝产品质量控制提供依据。

新型1500MPa级高强钢的氢脆敏感性研究

根据钢材组织设计的思想 ,通过优化成分和工艺设计、研制出一种新的 15 0 0MPa级高强钢。采用阴极电解充氢的方法对其氢脆敏感性进行了研究 ,并与同一强度级别的 4 2CrMo高强钢进行了对比。结果表明 ,所设计的 15 0 0MPa级高强钢的氢脆敏感性低于传统的 4 2CrMo高强钢。SEM断口观察显示 ,两者的断口形貌也不同 ,15 0 0MPa级高强钢为准解理断裂 ,而 4 2CrMo高强钢为沿晶断裂。断口金相表明 ,前者的裂纹主要沿着贝氏体 /马氏体 (B/M)边界扩展 ,断裂模式为板条界分离 ,后者的裂纹沿着晶界扩展。对 15 0 0MPa级高强钢进行了TEM观察 ,发现其组织为贝氏体 /马氏体复相组织 ,残留奥氏体以薄膜状存在于贝氏体内部及贝氏体条片。

电化学充氢下2.25Cr1Mo0.25V钢氢脆敏感性研究

针对制造加氢反应器的主要材料2.25Cr1Mo0.25V钢易发生氢脆的问题,重点研究了材料氢脆发生机制,以了解该材料的氢脆敏感性。利用电化学氢渗透测试技术,通过施加阴极恒电流,使氢原子渗透进入钢中,揭示了不同环境中的氢扩散特性,同时通过结合氢渗透技术和慢速率拉伸试验方法研究了钢材的氢脆敏感性。渗氢试验结果表明:随着电化学充氢电流密度的增大以及试样厚度的减小,氢扩散系数均逐渐增大;充氢温度的倒数1/T和氢扩散系数的自然对数之间存在线性关系。慢速率拉伸试验的结果表明:随着充氢电流密度的增大,钢的断裂强度、延伸率和断面收缩减小而氢脆指数增大。当充氢电流密度超过2.5×10^(-3) A/cm^2时,钢材表现出明显的氢脆。该试验结果可为加氢反应器材料性能评价提供理论依据。

微合金元素Nb、V对热成形钢组织及氢脆敏感性影响

通过光学显微镜(OM)、电子背散射技术(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、3D原子探针等检测手段和持续弯曲+0.1 mol/L HCl溶液浸泡的实验方法,对Nb、V微合金化的热成形钢22MnB5NbV和传统未微合金化的热成形钢22MnB5的组织及氢脆敏感性能进行分析与研究。结果表明:相比较22MnB5,22MnB5NbV淬火后组织更细小,均匀性更好;相同应力水平、氢环境溶液条件下,22MnB5NbV板发生延迟断裂对应的时间长于22MnB5,其发生延迟断裂对应的临界应力水平高于22MnB5;22MnB5NbV钢基体小角度晶界数量多于22MnB5,且Nb、V通过与C结合形成的第二相粒子区域可有效捕获H元素,抑制氢扩散,起到降低材料氢脆敏感性的作用。

回火对冷轧后退火处理中锰钢0.1C-5Mn氢脆敏感性的影响

对不同退火时间处理的冷轧0.1C-5Mn中锰钢进行了不同温度回火处理,利用电化学充氢和慢应变速率拉伸实验（SSRT）研究其氢脆敏感性。结果表明：退火时间从10 min提高到360 min时,实验钢的氢脆敏感性显著增加;随着回火温度的升高,实验钢的氢脆敏感性降低,其中以10 min退火样500℃回火时降低的幅度最为显著;SSRT断口分析表明,实验钢未充氢样的断裂机制为典型的韧窝韧性断裂,而充氢后的氢致起裂区断裂机制为空心韧窝及包含奥氏体（变形后转变为马氏体）晶粒的实心韧窝的混合断裂模式,这种实心韧窝实质上是一种脆性沿晶断裂,因此尽可能抑制或减少这种实心韧窝是降低实验钢氢脆敏感性的一个关键。

L245无缝钢管在4MPa氢气环境下的氢脆敏感性研究

为了考察低钢级管线钢在中压氢气环境下的氢脆敏感性,采用光滑和缺口试样慢拉伸试验方法,结合宏观和微观断口表征与分析,研究了L245钢在空气和4 MPa氢气中的氢脆敏感性。结果表明:L245钢光滑试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和延伸率的损失率分别为5.2%、4.8%和-0.1%,而缺口试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移的损失率分别达到19.1%、45.6%、15.4%,即发生了氢脆。L245钢光滑试样在空气介质中的慢拉伸断裂方式为韧性断裂;开缺口后起裂源开始于缺口位置,然后以准解理断裂的方式向内部扩展,加速试样断裂过程,但整体仍然表现为韧性断裂。相比之下,当L245钢光滑试样在4 MPa氢气环境中时,会在颈缩位置产生裂纹源;开缺口后,从缺口位置向内部产生的准解理断裂区域显著增加,使得断裂过程急剧加快,而心部则发生了氢致韧断。开缺口后L245钢在4 MPa氢气中的断裂方式为准解理断裂与氢致韧断相结合。

用正电子湮没技术研究Fe一Ni－Co基合金组织对氢脆敏感性的影响

采用正电子湮没技术结合透射电镜，考察了Ｔｉ含量对一种Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ基合金的微观结构及氢脆敏感性的影响结果表明：改变合金的Ｔｉ含量，会使合金中第二相的尺寸、数量、分布及种类发生变化，合金的强度、塑性及氢脆敏感性均随之发生改变；大尺寸的γ′颗粒及η相与基体间的界面是一种较强的缺陷，可以促进氢的局部聚并，从而导致合金氢脆敏感性的升高研究表明，合金的氢脆敏感性与合金强度之间并不存在必然的联系，而是取决于合金的微观结构。

45钢电镀锌-镍合金过程中的渗氢行为及其氢脆敏感性

目前,有关锌-镍合金电镀过程中氢脆问题的研究较少。采用双电解池测氢法研究了45钢在不同温度、电流密度、pH值下电镀锌-镍合金过程中的渗氢变化规律。通过慢应变速率拉伸试验法评价镀层氢脆性能,并用扫描电子显微镜(SEM)观察断口的微观形貌。结果表明:镀液温度对渗氢电流的影响最大,镀液温度越高,镀样断裂时间越短,氢脆敏感性越强;镀样的断裂时间小于空白样,说明镀样有不同程度的氢脆敏感性;镀样的断口呈解理断裂特征,空白样呈韧性断裂特征;用渗氢电流曲线可间接评价镀样的氢脆敏感性。

保护气体对焊缝金属氢脆敏感性影响的研究

采用不同配比的保护气体,在水冷铜模中堆焊焊缝金属,获得不同扩散氢含量的熔敷焊缝试棒。测定了试棒逸出的扩散氢—时间曲线,并对焊后不同时刻焊缝试棒进行了缺口静弯试验和组织、断口观察分析,研究了不同保护气体条件下焊缝金属中的氢扩散特性及焊缝金属的氢脆敏感性。结果表明,适当增加保护气体的氧化性可改变焊缝组织、夹杂物分布状态和焊缝合金元素含量,大幅度降低焊缝金属的氢脆敏感性。

普通碳素钢渗氮后的氢脆敏感性

为了研究渗氮处理对钢的氢脆敏感性的影响,对气体渗氮处理的普通碳素钢进行了拉伸试验,对其断口进行了扫描电镜观察和显微组织分析。结果表明:渗氮层发生了氢脆延迟断裂,未渗氮部位发生了韧性断裂;渗氮处理增加了钢的氢脆敏感性。

Ti_3Al基金属间化合物氢脆敏感性研究

一、前言 美国宇航局（NASA）的新一代航天飞机（X-30）上,准备取消机身的防热瓦片来减轻自身重量,采用液态氢强制冷却机架和蒙皮,钛铝金属间化合物（α2-Ti3Al和γ-TiAl）是最有希望的候选材料。然而,许多学者研究指出,氢对Ti3Al基金属间化合物的力学性能有较大的影响,且能形成氢化物。单相TiAl合金室温延性很差,通过添加合金元素（V、Cr、Mn）得到的双相（γ+α2）TiAl合金,其延性有较好的改进,但是,新近研究表明,这种合金亦能形成氢化物,确实具有氢脆敏感性。尽管如此,人们依然努力寻找抗氢脆性能好的钛铝金属间化合物,最近K.S.Chan研究三种显微组织的Ti3Al基合金后,认为精细网篮（fine basketweave）组织具有抗氢脆能力,且是很有发展的容忍氢材料。本文的目的是采用多种手段较深入研究网篮组织Ti3Al基合金的氢脆敏感性及其氢致断裂行为。 二、材料和实验方法 本实验用料是真空非自耗电弧炉熔炼制成的铸锭,在β相区锻造加工至厚度16mm的板材,室温冷却。合金成分为Ti-24Al-11Nb（at％）。

用亚温淬火改善35CrMo钢的氢脆敏感性

本文研究了亚温淬火工艺对35CrMo钢力学性能和抗氢脆性能的影响。试验结果表明,当亚温淬温度高于790℃,即钢中残留的铁素体量低于11.2％时,经高温回火的35CrMo钢的抗拉强度、屈服强度以及常温冲击韧性都有明显的提高,钢的氢脆敏感性得到改善。文中分析了性能改善的原因,初步认为亚温淬火细化了晶粒和组织,是各项性能获得改善的主要原因。

2091合金的显微组织与氢脆敏感性

用动态充氢慢拉伸试验研究了氢对2091合金力学性能的影响，用离子探针分析氢在合金中的行为，用透射电镜研究了合金显微组织与氢脆敏感性的关系．结果表明，充氢使合金抗拉强度、延伸率和断裂寿命明显降低．氢易于在晶界处偏聚和富集造成晶界弱化，晶界沉淀相种类、形态和分布是影响合金氢脆敏感性的主要因素．

13Ni马氏体时效钢的氢脆敏感性

本文研究了13Ni(2750MPa)马氏体时效钢的氢脆敏感性。研究结果表明,本合金在大气中放置也呈现氢脆敏感性。固溶处理温度、时效条件、环境介质以及冷变形等都对该合金的氢脆敏感性有影响。