输氢管道材料评定试验

钢材长期工作在氢环境中，会造成其力学性能的劣化，称为环境氢脆。含氢环境对材料的抗拉强度、延伸率、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展率、断裂韧性等力学性能都有影响。可根据操作条件设计试验来评估材料的氢脆敏感性。在理想的氢环境中或在预充氢试样上进行相关试验，可以对其力学性能进行评价，试验类型包括慢应变速率试验、断裂韧性试验、裂纹扩展速率试验、疲劳寿命试验和圆盘压力试验等。

氢脆有一个随时间发展的过程，因此可以采用慢应变率速率试验来评价氢环境中材料的应变敏感性。试验在应变率低至10^-7/s的情况下进行，可以将试样置于氢环境中，也可将试样预充氢后置于空气或氢气中。依据ASTM G129-2000 (Reapproved 2013)《Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to Evaluate the Susceptibility of Metallic Materials to Environmentally Assisted Cracking》标准进行慢应变速率试验，将氢环境与非氢环境中的测试结果进行对比，也可依据ASTM G142-1998 (Reapproved 2016)《Standard Practice for Determination of Susceptibility of Metal to Embrittlement in Hydrogen Containing Environments at high Pressure, High Temperature, or Both》标准，在氢环境中进行拉伸试验，将氢脆敏感度试验结果与非氢环境中的测试结果进行对比，以评价材料对氢脆的抵抗力。

ASME B31.12-2014标准中规定的基于材料性能的输氢管道设计方法，依据ASME BPV Code Section VIII Division 3中的Article KD-10的试验要求，需在设计压力下的室温氢环境中开展材料应力强度因子门槛值Kth的测试试验，当测得的Kth大于等于经过计算的KIA（材料应力强度应用因子），且不小于53 MPa·m^1/2时，材料满足ASME B31.12-2014标准要求。

依据ISO 11114-4:2017《Transportable gas cylinders - Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents - Part 4: Test methods for selecting steels resistant to hydrogen embrittlement》标准中的试验要求，在设计压力下的氢环境中进行断裂韧性试验，室温下测试1000小时，如果钢材试样的裂纹扩展不超过0.25 mm，则材料满足ISO 11114-4:2017标准要求。

GB/T 34542.3-2018《氢气储存输送系统 第3部分：金属材料氢脆敏感度试验方法》标准中介绍的金属材料氢脆敏感度试验方法为压力圆盘试验，通过在惰性气体和氢气中进行对比试验，得到的氢脆敏感度系数小于或等于1，则材料氢脆不敏感；若氢脆敏感度系数大于或等于2，则材料氢脆敏感，不得用于制造临氢零部件；若氢脆敏感度系数为1~2，则材料长期在氢气环境中使用有可能会发生氢脆。