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ICS
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中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
GB/TXXXXX—XXXX
氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)
第2部分:金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)方
法
Storageandtransportationsystemsforgaseoushydrogen
Part2:Testmethodsforevaluatingmetallicmaterialcompatibilityincompressed
hydrogenatmosphere
點(diǎn)擊此處添加與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識(shí)
XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施
GB/TXXXXX—XXXX
前言
本標(biāo)準(zhǔn)GB/TXXXX《氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)》分為以下部分:
—第1部分:通用要求;
—第2部分:金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)方法;
—第3部分:金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法;
—第4部分:氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)技術(shù)要求;
—第5部分:氫氣輸送系統(tǒng)技術(shù)要求;
—第6部分:氫氣壓縮系統(tǒng)技術(shù)要求;
—第7部分:氫氣充裝系統(tǒng)技術(shù)要求;
—第8部分:防火防爆技術(shù)要求。
本部分為GB/TXXXX的第2部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。
本部分由全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC309)提出并歸口。
本部分起草單位:XXXX、XXXX、XXXX、XXXX。
本部分主要起草人:XXX、XXX、XXX、XXX。
II
GB/TXXXXX—XXXX
氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)
第2部分:金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)方法
1范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)的通用要求、試驗(yàn)方法等。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于金屬材料在氫環(huán)境中的拉伸性能、疲勞性能以及斷裂力學(xué)性能的測(cè)定。
2規(guī)范性引用文件
下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅所注日期的版本適用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法
GB/T3075金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法
GB/T3634.2氫氣第2部分:純氫、高純氫和超純氫
GB3836.1爆炸性環(huán)境第1部分:設(shè)備通用要求
GB4962氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程
GB/T6398金屬材料疲勞試驗(yàn)疲勞裂紋擴(kuò)展方法
GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)
GB/T15248金屬材料軸向等幅低循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法
GB/T21143金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗(yàn)方法
GB/T29729氫系統(tǒng)安全的基本要求
GB50516加氫站技術(shù)規(guī)范
TSG21固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程
3術(shù)語(yǔ)和定義
GB/T10623界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
3.1
環(huán)境箱testchamber
為材料在高壓氣體環(huán)境下測(cè)試提供的密閉裝置。
3.2
內(nèi)部測(cè)量裝置internalloadcell
安裝于環(huán)境箱的內(nèi)部,用于測(cè)量加載桿軸向力、試樣變形等的裝置,其主要部件通常與氫氣直接接
觸。
3.3
外部測(cè)量裝置externalloadcell
1
GB/TXXXXX—XXXX
安裝于環(huán)境箱的外部,用于測(cè)量加載桿軸向力、橫梁位移等的裝置。
3.4
排放管ventpipe
試驗(yàn)設(shè)備中用于直接向大氣中排放氣體的管道。
3.5
對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)referenceenvironmenttest
為了對(duì)比評(píng)價(jià)氫氣對(duì)材料性能的劣化程度而在大氣環(huán)境或惰性氣體環(huán)境下開(kāi)展的材料性能試驗(yàn)。
4符號(hào)
下列符號(hào)適用于本文件。
P——試驗(yàn)壓力,MPa。
R——力值比,最小力與最大力之比。
T——試驗(yàn)溫度,℃。
da/dN——疲勞裂紋擴(kuò)展速率,力循環(huán)一次的疲勞裂紋擴(kuò)展量,mm/cycle。
1/2
△K——應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍,最大與最小應(yīng)力強(qiáng)度因子值之差,MPa·m。
5通用要求
5.1一般要求
5.1.1金屬材料與高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)設(shè)備主體的基本結(jié)構(gòu)參見(jiàn)附錄A。
5.1.2如試驗(yàn)設(shè)備連續(xù)15天以上未使用,再次使用時(shí),應(yīng)先采用惰性氣體對(duì)環(huán)境箱增壓至試驗(yàn)壓力并
保壓10min以上,檢查無(wú)明顯泄漏后,方可進(jìn)行試驗(yàn)。
5.1.3應(yīng)盡量減少對(duì)試樣的標(biāo)距段進(jìn)行冷加工。
5.1.4應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ逑丛嚇颖砻娴挠臀酆碗s質(zhì),試樣清洗后應(yīng)妥善保存,不得用手直接接觸試
樣表面。
5.2試驗(yàn)設(shè)備
5.2.1一般要求
5.2.1.1試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T29729的相關(guān)規(guī)定。
5.2.1.2在試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)溫度范圍內(nèi),試驗(yàn)設(shè)備中與氫直接接觸部件所選用的材料應(yīng)經(jīng)驗(yàn)證與氫具
有良好的相容性。
5.2.1.3試驗(yàn)設(shè)備宜具備溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),并可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)境箱內(nèi)的溫度。
5.2.1.4試驗(yàn)設(shè)備中所使用的電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置防靜電接地裝置,并符合GB3836.1的相關(guān)規(guī)定。
5.2.1.5宜采用適當(dāng)?shù)难b置平衡作用在加載桿上因環(huán)境箱內(nèi)部壓力所產(chǎn)生的軸向力。
5.2.1.6試驗(yàn)設(shè)備還應(yīng)滿足以下要求:
a)設(shè)置超壓泄放裝置、阻火器等安全附件;
b)能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全狀態(tài)及壓力、溫度等參數(shù);
2
GB/TXXXXX—XXXX
c)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常、故障或失靈時(shí),應(yīng)能自動(dòng)啟動(dòng)急停裝置,報(bào)警裝置應(yīng)能及時(shí)報(bào)警。
5.2.1.7試驗(yàn)設(shè)備的氣體排放系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置流量控制裝置,并滿足GB4962的有關(guān)規(guī)定。
5.2.1.8試驗(yàn)設(shè)備排放管的設(shè)置應(yīng)符合GB50516中的相關(guān)規(guī)定。
5.2.2環(huán)境箱
5.2.2.1環(huán)境箱的材料、設(shè)計(jì)、制造、使用管理、定期檢驗(yàn)等應(yīng)符合TSG21的相關(guān)規(guī)定。
5.2.2.2環(huán)境箱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮疲勞載荷及氫氣對(duì)材料性能劣化的影響。
5.2.2.3環(huán)境箱的設(shè)計(jì)壽命(循環(huán)次數(shù))不得低于預(yù)期使用年限內(nèi)的壓力循環(huán)次數(shù)。
5.2.2.4試驗(yàn)結(jié)束后,環(huán)境箱內(nèi)應(yīng)充裝適量的惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。
5.2.3測(cè)量裝置
5.2.3.1內(nèi)部測(cè)量裝置
5.2.3.1.1內(nèi)部測(cè)量裝置應(yīng)能承受環(huán)境箱內(nèi)部的壓力載荷,并具備試驗(yàn)所需的精度和分辨率。
5.2.3.1.2內(nèi)部測(cè)量裝置的電子元件在高壓(試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力)氫氣環(huán)境中應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。
5.2.3.1.3應(yīng)根據(jù)內(nèi)部測(cè)量裝置在高壓氫氣環(huán)境中輸出信號(hào)隨時(shí)間的漂移特性,選擇合適的時(shí)間區(qū)間
開(kāi)展試驗(yàn),并對(duì)漂移特性作詳細(xì)的記錄。
5.2.3.2外部測(cè)量裝置
5.2.3.2.1當(dāng)采用外部載荷測(cè)量裝置對(duì)試樣所受的軸向力進(jìn)行測(cè)量時(shí),應(yīng)對(duì)該測(cè)量值做出修正,詳細(xì)
記錄修正方法,并提供文件說(shuō)明。修正至少應(yīng)考慮以下因素:
a)加載桿上因環(huán)境箱內(nèi)部壓力引起的載荷;
b)加載桿與環(huán)境箱之間動(dòng)密封處的摩擦力,如果該摩擦力隨著環(huán)境箱內(nèi)的氫氣壓力變化而變化,
則應(yīng)逐個(gè)記錄相應(yīng)試驗(yàn)壓力下的摩擦力大小及變化規(guī)律。
5.2.3.2.2當(dāng)采用外部位移測(cè)量裝置時(shí),應(yīng)考慮試驗(yàn)機(jī)彈性變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,并應(yīng)記錄消除該
影響的方法。
5.2.3.2.3疲勞試驗(yàn)中不宜采用外部載荷測(cè)量裝置測(cè)量試樣所受的軸向力。
5.3試驗(yàn)氣體
5.3.1氣源的純度
5.3.1.1充入環(huán)境箱的氫氣純度應(yīng)大于或等于99.999%,其中雜質(zhì)的含量應(yīng)滿足表1的要求。
表1氫氣中雜質(zhì)的含量
雜質(zhì)種類CO2+CON2O2碳?xì)浠衔颒2O
含量(體積分?jǐn)?shù))/10-6≤2≤2≤1≤1≤3.5
5.3.1.2當(dāng)選用惰性氣體進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),惰性氣體的純度應(yīng)大于或者等于99.999%。
5.3.1.3當(dāng)評(píng)價(jià)金屬材料與含氫混合氣體的相容性時(shí),試驗(yàn)用氣體的成分應(yīng)滿足該材料服役環(huán)境下氣
體成分的規(guī)格要求,此外混合氣體中氧氣和水分的含量應(yīng)不高于其規(guī)定范圍的下限值。如果混合氣體中
氧氣的含量未明確規(guī)定,則其值不應(yīng)超過(guò)2×10-6(體積分?jǐn)?shù))。
3
GB/TXXXXX—XXXX
5.3.2置換
5.3.2.1試驗(yàn)開(kāi)始前,應(yīng)對(duì)環(huán)境箱及供氫管路系統(tǒng)中的氣體進(jìn)行置換。置換過(guò)程應(yīng)使得試驗(yàn)時(shí)氫氣純
度能夠滿足5.3.3的規(guī)定。
5.3.2.2當(dāng)系統(tǒng)中設(shè)置采樣容器時(shí),采樣容器及其與環(huán)境箱間的連接管路應(yīng)與環(huán)境箱同時(shí)進(jìn)行置換。
5.3.2.3置換過(guò)程應(yīng)滿足以下規(guī)定:
a)應(yīng)采用惰性氣體進(jìn)行初次置換,之后再使用氫氣進(jìn)行置換;
b)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)的情況確定置換過(guò)程,置換時(shí)氣體壓力不應(yīng)超過(guò)之后的試驗(yàn)壓力。
5.3.2.4置換過(guò)程中宜使用真空泵對(duì)環(huán)境箱及管路抽真空。
5.3.2.5通入氫氣之前,環(huán)境箱內(nèi)氧氣的濃度宜低于5%;通入空氣之前,環(huán)境箱內(nèi)氫氣的濃度宜低于
4%。
5.3.3環(huán)境箱內(nèi)氣體的純度
5.3.3.1試樣加載前以及試驗(yàn)結(jié)束時(shí),均應(yīng)依據(jù)GB/T3634.2中的有關(guān)規(guī)定對(duì)環(huán)境箱內(nèi)的氫氣純度進(jìn)行
檢測(cè),氫氣中氧氣和水的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)分別小于或等于2×10-6和10×10-6。
5.3.3.2當(dāng)同時(shí)滿足以下條件時(shí),在檢測(cè)后6個(gè)月內(nèi)可免除環(huán)境箱內(nèi)氫氣純度的檢測(cè):
a)連續(xù)3次對(duì)環(huán)境箱內(nèi)的氧氣和水分含量的測(cè)定結(jié)果均符合5.3.3.1的規(guī)定;
b)氣源(氫氣和置換用氣體)純度未發(fā)生變化;
c)置換的程序和參數(shù)未發(fā)生變化。
5.3.3.3應(yīng)記錄并保存置換用氣體的純度、氫氣源的純度、環(huán)境箱內(nèi)試驗(yàn)氫氣含氧量和含水量的檢測(cè)
結(jié)果。
5.3.3.4當(dāng)選用惰性氣體進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),應(yīng)在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)環(huán)境箱內(nèi)的氣體成分進(jìn)行檢測(cè),其
純度應(yīng)滿足5.3.1.2的要求。
5.4試驗(yàn)溫度
5.4.1試驗(yàn)溫度應(yīng)取材料在預(yù)期工作溫度范圍內(nèi)性能受氫氣劣化作用最嚴(yán)重時(shí)的溫度值。
5.4.2試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)并詳細(xì)記錄環(huán)境箱內(nèi)的溫度變化。
5.4.3試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應(yīng)在(T±5)℃的范圍內(nèi)。
5.4.4幾類常用金屬材料的推薦試驗(yàn)溫度參見(jiàn)表2。
表2幾類常用金屬材料的推薦試驗(yàn)溫度
300系列不銹碳鋼和低合
合金種類鎳基合金鋁合金
鋼金鋼
推薦試驗(yàn)溫度-53℃室溫室溫室溫
5.4.5當(dāng)采用惰性氣體或空氣進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)溫度應(yīng)與相應(yīng)的高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)溫度
相同,且試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應(yīng)滿足5.4.3的規(guī)定。
5.5試驗(yàn)壓力
5.5.1材料的試驗(yàn)壓力P應(yīng)大于或等于由該材料制造的承載件的最高允許工作壓力。
5.5.2當(dāng)環(huán)境箱內(nèi)氫氣加壓至試驗(yàn)壓力后,應(yīng)保壓至少10min,然后再進(jìn)行試驗(yàn)。
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5.5.3試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)并記錄環(huán)境箱內(nèi)的壓力變化。
5.5.4試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應(yīng)保持在(1±0.05)P的范圍內(nèi)。
5.5.5試驗(yàn)過(guò)程中可啟動(dòng)增壓裝置對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氫氣進(jìn)行補(bǔ)壓。
5.5.6當(dāng)采用惰性氣體進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)壓力應(yīng)與相應(yīng)的高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)壓力相同,
且試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應(yīng)滿足5.5.4的規(guī)定。
6試驗(yàn)方法
6.1慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)
6.1.1一般要求
6.1.1.1慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)應(yīng)滿足5中的相關(guān)規(guī)定。
6.1.1.2試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T228.1的相關(guān)要求。
6.1.1.3慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣;光滑圓棒試樣的結(jié)構(gòu)尺寸以及制備
應(yīng)符合GB/T228.1的相關(guān)規(guī)定;帶缺口圓棒試樣應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)帶缺口試樣(見(jiàn)圖1),或采用缺口應(yīng)力
集中系數(shù)大于3的帶缺口試樣。
圖1標(biāo)準(zhǔn)帶缺口試樣
6.1.1.4慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)宜采用引伸計(jì)對(duì)試樣標(biāo)距段的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。
6.1.2試驗(yàn)程序
6.1.2.1試驗(yàn)的基本程序應(yīng)符合GB/T228.1的相關(guān)規(guī)定。
6.1.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后,應(yīng)采用5.3.2中規(guī)定的方法對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氣體進(jìn)行置換。
6.1.2.3試驗(yàn)應(yīng)以恒位移速率進(jìn)行。對(duì)于光滑圓棒試樣,其標(biāo)距段的應(yīng)變速率應(yīng)不超過(guò)2×10-5s-1;
對(duì)于帶缺口試樣,其以缺口為中心的長(zhǎng)度為25mm試樣段的平均應(yīng)變速率應(yīng)不超過(guò)2×10-6s-1。
6.1.2.4試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)量和斷口檢測(cè)。
6.1.3試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容:
a)試驗(yàn)材料的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及方位、試樣的結(jié)構(gòu)尺寸;
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b)試驗(yàn)壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗(yàn)溫度;
c)試驗(yàn)過(guò)程中試樣的應(yīng)變速率;
d)試驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線;
e)依據(jù)GB/T228.1確定的試樣的屈服強(qiáng)度、屈服點(diǎn)的判定方法、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮
率;
f)其它試驗(yàn)結(jié)果。
6.2疲勞壽命試驗(yàn)
6.2.1一般要求
6.2.1.1疲勞壽命試驗(yàn)應(yīng)滿足5中的相關(guān)規(guī)定。
6.2.1.2疲勞壽命試驗(yàn)可采用力控制或應(yīng)變控制。當(dāng)采用力控制時(shí),試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T3075的相
關(guān)規(guī)定;當(dāng)采用應(yīng)變控制時(shí),試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T15248的相關(guān)規(guī)定。
6.2.1.3疲勞壽命試驗(yàn)可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣。采用力控制時(shí),光滑圓棒試樣的結(jié)構(gòu)尺寸
應(yīng)符合GB/T3075的相關(guān)規(guī)定;采用應(yīng)變控制時(shí),光滑圓棒試樣的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合GB/T15248的相關(guān)
規(guī)定。帶缺口圓棒試樣應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)帶缺口試樣(見(jiàn)圖1),或采用缺口應(yīng)力集中系數(shù)大于或等于3的帶
缺口試樣。
6.2.2試驗(yàn)程序
6.2.2.1采用力控制時(shí),試驗(yàn)的基本程序應(yīng)符合GB/T3075的相關(guān)規(guī)定;采用應(yīng)變控制時(shí),試驗(yàn)的基
本程序應(yīng)符合GB/T15248的相關(guān)規(guī)定。
6.2.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后,應(yīng)采用5.3.2中規(guī)定的方法對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氣體進(jìn)行置換。
6.2.2.3采用力控制時(shí),試驗(yàn)過(guò)程中試樣的應(yīng)力幅應(yīng)保持恒定;帶缺口試樣的R值取0.1,光滑圓棒
試樣的R值取0.1或-1。
6.2.2.4采用應(yīng)變控制時(shí),試驗(yàn)過(guò)程中試樣的總軸向應(yīng)變幅或塑性軸向應(yīng)變幅應(yīng)保持恒定。
6.2.2.5試驗(yàn)過(guò)程中,力或應(yīng)變應(yīng)以三角波或正弦波的形式施加。
6.2.2.6對(duì)于低周疲勞,試驗(yàn)頻率不應(yīng)超過(guò)1Hz;對(duì)于高周疲勞,試驗(yàn)頻率不應(yīng)超過(guò)20Hz。
6.2.3試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容:
a)試驗(yàn)材料的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及方位、試樣的結(jié)構(gòu)尺寸、試
樣的表面狀態(tài);
b)試驗(yàn)壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗(yàn)溫度;
c)試驗(yàn)采用的波形,頻率,力值比R;
d)應(yīng)力壽命曲線或應(yīng)變壽命曲線。
6.3斷裂韌度試驗(yàn)
6.3.1一般要求
6.3.1.1斷裂韌度試驗(yàn)應(yīng)滿足5中的相關(guān)要求。
6.3.1.2試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T21143的相關(guān)要求。
6.3.1.3試驗(yàn)用試樣的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足GB/T21143的相關(guān)要求。
6
GB/TXXXXX—XXXX
6.3.1.4應(yīng)在氫氣環(huán)境中進(jìn)行試樣疲勞裂紋的預(yù)制,預(yù)制過(guò)程應(yīng)滿足GB/T21143的相關(guān)要求。疲勞
裂紋預(yù)制前應(yīng)去除試樣上的油污,并應(yīng)保證預(yù)制裂紋過(guò)程中,試樣表面不被雜質(zhì)污染。
6.3.2試驗(yàn)程序
6.3.2.1試驗(yàn)的基本程序應(yīng)符合GB/T21143的相關(guān)規(guī)定。
6.3.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后,應(yīng)采用5.3.2中規(guī)定的方法對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氣體進(jìn)行置換。
6.3.2.3試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行觀察和測(cè)量。
6.3.3試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容應(yīng)滿足GB/T21143的要求,且應(yīng)包含試驗(yàn)壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量等。
6.4疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)
6.4.1一般要求
6.4.1.1疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)應(yīng)滿足5中的相關(guān)規(guī)定。
6.4.1.2試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T6398的相關(guān)要求。
6.4.1.3試樣的結(jié)構(gòu)尺寸、取樣、制備應(yīng)符合GB/T6398的相關(guān)規(guī)定。
6.4.1.4應(yīng)在試樣的最終熱處理狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行裂紋的預(yù)制,預(yù)制過(guò)程應(yīng)符合GB/T6398的相關(guān)規(guī)定。
裂紋的預(yù)制可在空氣中進(jìn)行,預(yù)制時(shí)所采用的波形和頻率可與疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試時(shí)所采用的波形和
頻率不同。
6.4.2試驗(yàn)程序
6.4.2.1試驗(yàn)的基本程序應(yīng)符合GB/T6398的相關(guān)規(guī)定。
6.4.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后,應(yīng)采用5.3.2中規(guī)定的方法對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氣體進(jìn)行置換。
6.4.2.3試驗(yàn)中R值應(yīng)為0.1±0.01,試驗(yàn)頻率應(yīng)為1Hz,加載波形應(yīng)采用三角波或正弦波。
1/2
6.4.2.4試驗(yàn)中應(yīng)力強(qiáng)度因子的范圍宜為8~20MPa·m。
6.4.3試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容:
a)試驗(yàn)材料的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及缺口方位、試樣的結(jié)構(gòu)尺寸;
b)試驗(yàn)壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗(yàn)溫度;
c)裂紋長(zhǎng)度的測(cè)量方法、測(cè)量精度,如果對(duì)裂紋長(zhǎng)度的測(cè)量值進(jìn)行了修正,應(yīng)記錄所采用的修正
方法;
d)疲勞裂紋預(yù)制過(guò)程結(jié)束時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K、力值比R以及裂紋長(zhǎng)度;
e)疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)所采用的載荷幅值、力值比R、頻率、波形以及用于計(jì)算裂紋長(zhǎng)度的數(shù)據(jù);
f)數(shù)據(jù)分析方法,包括da/dN的計(jì)算方法和裂紋尺寸的修正方法;
g)da/dN與△K的關(guān)系曲線。
7
GB/TXXXXX—XXXX
AA
附錄A
(資料性附錄)
試驗(yàn)設(shè)備主體的基本結(jié)構(gòu)
金屬材料與高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)設(shè)備主體的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖A.1所示。
環(huán)境箱的主要作用是給試樣提供高壓氫氣環(huán)境。
拉壓伺服機(jī)構(gòu)為試樣提供軸向力。
加載桿與拉壓伺服機(jī)構(gòu)連接,為試樣提供軸向力。由于加載桿一端貫穿環(huán)境箱并深入其內(nèi)部,所以
加載桿受到環(huán)境箱內(nèi)部高壓氣體引起的軸向力作用。
密封結(jié)構(gòu)用于阻隔環(huán)境箱內(nèi)高壓氣體的泄漏。
載荷傳遞框用于試樣一端的固定。
1——加載桿;2——拉壓伺服機(jī)構(gòu);3——試樣;4——環(huán)境箱;
5——載荷傳遞框;6——密封結(jié)構(gòu);
圖A.1試驗(yàn)設(shè)備主體結(jié)構(gòu)示意圖
_________________________________
8
GB/TXXXXX—XXXX
目次
前言................................................................................II
1范圍..............................................................................1
2規(guī)范性引用文件....................................................................1
3術(shù)語(yǔ)和定義........................................................................1
4符號(hào)..............................................................................2
5通用要求..........................................................................2
6試驗(yàn)方法..........................................................................5
附錄A(資料性附錄)試驗(yàn)設(shè)備主體的基本結(jié)構(gòu)..........................................8
I
GB/TXXXXX—XXXX
氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)
第2部分:金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)方法
1范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)的通用要求、試驗(yàn)方法等。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于金屬材料在氫環(huán)境中的拉伸性能、疲勞性能以及斷裂力學(xué)性能的測(cè)定。
2規(guī)范性引用文件
下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅所注日期的版本適用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法
GB/T3075金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法
GB/T3634.2氫氣第2部分:純氫、高純氫和超純氫
GB3836.1爆炸性環(huán)境第1部分:設(shè)備通用要求
GB4962氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程
GB/T6398金屬材料疲勞試驗(yàn)疲勞裂紋擴(kuò)展方法
GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)
GB/T15248金屬材料軸向等幅低循環(huán)疲勞試驗(yàn)方法
GB/T21143金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗(yàn)方法
GB/T29729氫系統(tǒng)安全的基本要求
GB50516加氫站技術(shù)規(guī)范
TSG21固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程
3術(shù)語(yǔ)和定義
GB/T10623界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
3.1
環(huán)境箱testchamber
為材料在高壓氣體環(huán)境下測(cè)試提供的密閉裝置。
3.2
內(nèi)部測(cè)量裝置internalloadcell
安裝于環(huán)境箱的內(nèi)部,用于測(cè)量加載桿軸向力、試樣變形等的裝置,其主要部件通常與氫氣直接接
觸。
3.3
外部測(cè)量裝置externalloadcell
1
GB/TXXXXX—XXXX
安裝于環(huán)境箱的外部,用于測(cè)量加載桿軸向力、橫梁位移等的裝置。
3.4
排放管ventpipe
試驗(yàn)設(shè)備中用于直接向大氣中排放氣體的管道。
3.5
對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)referenceenvironmenttest
為了對(duì)比評(píng)價(jià)氫氣對(duì)材料性能的劣化程度而在大氣環(huán)境或惰性氣體環(huán)境下開(kāi)展的材料性能試驗(yàn)。
4符號(hào)
下列符號(hào)適用于本文件。
P——試驗(yàn)壓力,MPa。
R——力值比,最小力與最大力之比。
T——試驗(yàn)溫度,℃。
da/dN——疲勞裂紋擴(kuò)展速率,力循環(huán)一次的疲勞裂紋擴(kuò)展量,mm/cycle。
1/2
△K——應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍,最大與最小應(yīng)力強(qiáng)度因子值之差,MPa·m。
5通用要求
5.1一般要求
5.1.1金屬材料與高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)設(shè)備主體的基本結(jié)構(gòu)參見(jiàn)附錄A。
5.1.2如試驗(yàn)設(shè)備連續(xù)15天以上未使用,再次使用時(shí),應(yīng)先采用惰性氣體對(duì)環(huán)境箱增壓至試驗(yàn)壓力并
保壓10min以上,檢查無(wú)明顯泄漏后,方可進(jìn)行試驗(yàn)。
5.1.3應(yīng)盡量減少對(duì)試樣的標(biāo)距段進(jìn)行冷加工。
5.1.4應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ逑丛嚇颖砻娴挠臀酆碗s質(zhì),試樣清洗后應(yīng)妥善保存,不得用手直接接觸試
樣表面。
5.2試驗(yàn)設(shè)備
5.2.1一般要求
5.2.1.1試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T29729的相關(guān)規(guī)定。
5.2.1.2在試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)溫度范圍內(nèi),試驗(yàn)設(shè)備中與氫直接接觸部件所選用的材料應(yīng)經(jīng)驗(yàn)證與氫具
有良好的相容性。
5.2.1.3試驗(yàn)設(shè)備宜具備溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),并可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)境箱內(nèi)的溫度。
5.2.1.4試驗(yàn)設(shè)備中所使用的電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置防靜電接地裝置,并符合GB3836.1的相關(guān)規(guī)定。
5.2.1.5宜采用適當(dāng)?shù)难b置平衡作用在加載桿上因環(huán)境箱內(nèi)部壓力所產(chǎn)生的軸向力。
5.2.1.6試驗(yàn)設(shè)備還應(yīng)滿足以下要求:
a)設(shè)置超壓泄放裝置、阻火器等安全附件;
b)能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全狀態(tài)及壓力、溫度等參數(shù);
2
GB/TXXXXX—XXXX
c)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常、故障或失靈時(shí),應(yīng)能自動(dòng)啟動(dòng)急停裝置,報(bào)警裝置應(yīng)能及時(shí)報(bào)警。
5.2.1.7試驗(yàn)設(shè)備的氣體排放系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置流量控制裝置,并滿足GB4962的有關(guān)規(guī)定。
5.2.1.8試驗(yàn)設(shè)備排放管的設(shè)置應(yīng)符合GB50516中的相關(guān)規(guī)定。
5.2.2環(huán)境箱
5.2.2.1環(huán)境箱的材料、設(shè)計(jì)、制造、使用管理、定期檢驗(yàn)等應(yīng)符合TSG21的相關(guān)規(guī)定。
5.2.2.2環(huán)境箱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮疲勞載荷及氫氣對(duì)材料性能劣化的影響。
5.2.2.3環(huán)境箱的設(shè)計(jì)壽命(循環(huán)次數(shù))不得低于預(yù)期使用年限內(nèi)的壓力循環(huán)次數(shù)。
5.2.2.4試驗(yàn)結(jié)束后,環(huán)境箱內(nèi)應(yīng)充裝適量的惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。
5.2.3測(cè)量裝置
5.2.3.1內(nèi)部測(cè)量裝置
5.2.3.1.1內(nèi)部測(cè)量裝置應(yīng)能承受環(huán)境箱內(nèi)部的壓力載荷,并具備試驗(yàn)所需的精度和分辨率。
5.2.3.1.2內(nèi)部測(cè)量裝置的電子元件在高壓(試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力)氫氣環(huán)境中應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。
5.2.3.1.3應(yīng)根據(jù)內(nèi)部測(cè)量裝置在高壓氫氣環(huán)境中輸出信號(hào)隨時(shí)間的漂移特性,選擇合適的時(shí)間區(qū)間
開(kāi)展試驗(yàn),并對(duì)漂移特性作詳細(xì)的記錄。
5.2.3.2外部測(cè)量裝置
5.2.3.2.1當(dāng)采用外部載荷測(cè)量裝置對(duì)試樣所受的軸向力進(jìn)行測(cè)量時(shí),應(yīng)對(duì)該測(cè)量值做出修正,詳細(xì)
記錄修正方法,并提供文件說(shuō)明。修正至少應(yīng)考慮以下因素:
a)加載桿上因環(huán)境箱內(nèi)部壓力引起的載荷;
b)加載桿與環(huán)境箱之間動(dòng)密封處的摩擦力,如果該摩擦力隨著環(huán)境箱內(nèi)的氫氣壓力變化而變化,
則應(yīng)逐個(gè)記錄相應(yīng)試驗(yàn)壓力下的摩擦力大小及變化規(guī)律。
5.2.3.2.2當(dāng)采用外部位移測(cè)量裝置時(shí),應(yīng)考慮試驗(yàn)機(jī)彈性變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,并應(yīng)記錄消除該
影響的方法。
5.2.3.2.3疲勞試驗(yàn)中不宜采用外部載荷測(cè)量裝置測(cè)量試樣所受的軸向力。
5.3試驗(yàn)氣體
5.3.1氣源的純度
5.3.1.1充入環(huán)境箱的氫氣純度應(yīng)大于或等于99.999%,其中雜質(zhì)的含量應(yīng)滿足表1的要求。
表1氫氣中雜質(zhì)的含量
雜質(zhì)種類CO2+CON2O2碳?xì)浠衔颒2O
含量(體積分?jǐn)?shù))/10-6≤2≤2≤1≤1≤3.5
5.3.1.2當(dāng)選用惰性氣體進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),惰性氣體的純度應(yīng)大于或者等于99.999%。
5.3.1.3當(dāng)評(píng)價(jià)金屬材料與含氫混合氣體的相容性時(shí),試驗(yàn)用氣體的成分應(yīng)滿足該材料服役環(huán)境下氣
體成分的規(guī)格要求,此外混合氣體中氧氣和水分的含量應(yīng)不高于其規(guī)定范圍的下限值。如果混合氣體中
氧氣的含量未明確規(guī)定,則其值不應(yīng)超過(guò)2×10-6(體積分?jǐn)?shù))。
3
GB/TXXXXX—XXXX
5.3.2置換
5.3.2.1試驗(yàn)開(kāi)始前,應(yīng)對(duì)環(huán)境箱及供氫管路系統(tǒng)中的氣體進(jìn)行置換。置換過(guò)程應(yīng)使得試驗(yàn)時(shí)氫氣純
度能夠滿足5.3.3的規(guī)定。
5.3.2.2當(dāng)系統(tǒng)中設(shè)置采樣容器時(shí),采樣容器及其與環(huán)境箱間的連接管路應(yīng)與環(huán)境箱同時(shí)進(jìn)行置換。
5.3.2.3置換過(guò)程應(yīng)滿足以下規(guī)定:
a)應(yīng)采用惰性氣體進(jìn)行初次置換,之后再使用氫氣進(jìn)行置換;
b)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)的情況確定置換過(guò)程,置換時(shí)氣體壓力不應(yīng)超過(guò)之后的試驗(yàn)壓力。
5.3.2.4置換過(guò)程中宜使用真空泵對(duì)環(huán)境箱及管路抽真空。
5.3.2.5通入氫氣之前,環(huán)境箱內(nèi)氧氣的濃度宜低于5%;通入空氣之前,環(huán)境箱內(nèi)氫氣的濃度宜低于
4%。
5.3.3環(huán)境箱內(nèi)氣體的純度
5.3.3.1試樣加載前以及試驗(yàn)結(jié)束時(shí),均應(yīng)依據(jù)GB/T3634.2中的有關(guān)規(guī)定對(duì)環(huán)境箱內(nèi)的氫氣純度進(jìn)行
檢測(cè),氫氣中氧氣和水的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)分別小于或等于2×10-6和10×10-6。
5.3.3.2當(dāng)同時(shí)滿足以下條件時(shí),在檢測(cè)后6個(gè)月內(nèi)可免除環(huán)境箱內(nèi)氫氣純度的檢測(cè):
a)連續(xù)3次對(duì)環(huán)境箱內(nèi)的氧氣和水分含量的測(cè)定結(jié)果均符合5.3.3.1的規(guī)定;
b)氣源(氫氣和置換用氣體)純度未發(fā)生變化;
c)置換的程序和參數(shù)未發(fā)生變化。
5.3.3.3應(yīng)記錄并保存置換用氣體的純度、氫氣源的純度、環(huán)境箱內(nèi)試驗(yàn)氫氣含氧量和含水量的檢測(cè)
結(jié)果。
5.3.3.4當(dāng)選用惰性氣體進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),應(yīng)在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)環(huán)境箱內(nèi)的氣體成分進(jìn)行檢測(cè),其
純度應(yīng)滿足5.3.1.2的要求。
5.4試驗(yàn)溫度
5.4.1試驗(yàn)溫度應(yīng)取材料在預(yù)期工作溫度范圍內(nèi)性能受氫氣劣化作用最嚴(yán)重時(shí)的溫度值。
5.4.2試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)并詳細(xì)記錄環(huán)境箱內(nèi)的溫度變化。
5.4.3試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應(yīng)在(T±5)℃的范圍內(nèi)。
5.4.4幾類常用金屬材料的推薦試驗(yàn)溫度參見(jiàn)表2。
表2幾類常用金屬材料的推薦試驗(yàn)溫度
300系列不銹碳鋼和低合
合金種類鎳基合金鋁合金
鋼金鋼
推薦試驗(yàn)溫度-53℃室溫室溫室溫
5.4.5當(dāng)采用惰性氣體或空氣進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)溫度應(yīng)與相應(yīng)的高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)溫度
相同,且試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應(yīng)滿足5.4.3的規(guī)定。
5.5試驗(yàn)壓力
5.5.1材料的試驗(yàn)壓力P應(yīng)大于或等于由該材料制造的承載件的最高允許工作壓力。
5.5.2當(dāng)環(huán)境箱內(nèi)氫氣加壓至試驗(yàn)壓力后,應(yīng)保壓至少10min,然后再進(jìn)行試驗(yàn)。
4
GB/TXXXXX—XXXX
5.5.3試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)并記錄環(huán)境箱內(nèi)的壓力變化。
5.5.4試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應(yīng)保持在(1±0.05)P的范圍內(nèi)。
5.5.5試驗(yàn)過(guò)程中可啟動(dòng)增壓裝置對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氫氣進(jìn)行補(bǔ)壓。
5.5.6當(dāng)采用惰性氣體進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)壓力應(yīng)與相應(yīng)的高壓氫環(huán)境相容性試驗(yàn)壓力相同,
且試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應(yīng)滿足5.5.4的規(guī)定。
6試驗(yàn)方法
6.1慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)
6.1.1一般要求
6.1.1.1慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)應(yīng)滿足5中的相關(guān)規(guī)定。
6.1.1.2試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T228.1的相關(guān)要求。
6.1.1.3慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣;光滑圓棒試樣的結(jié)構(gòu)尺寸以及制備
應(yīng)符合GB/T228.1的相關(guān)規(guī)定;帶缺口圓棒試樣應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)帶缺口試樣(見(jiàn)圖1),或采用缺口應(yīng)力
集中系數(shù)大于3的帶缺口試樣。
圖1標(biāo)準(zhǔn)帶缺口試樣
6.1.1.4慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)宜采用引伸計(jì)對(duì)試樣標(biāo)距段的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。
6.1.2試驗(yàn)程序
6.1.2.1試驗(yàn)的基本程序應(yīng)符合GB/T228.1的相關(guān)規(guī)定。
6.1.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后,應(yīng)采用5.3.2中規(guī)定的方法對(duì)環(huán)境箱內(nèi)氣體進(jìn)行置換。
6.1.2.3試驗(yàn)應(yīng)以恒位移速率進(jìn)行。對(duì)于光滑圓棒試樣,其標(biāo)距段的應(yīng)變速率應(yīng)不超過(guò)2×10-5s-1;
對(duì)于帶缺口試樣,其以缺口為中心的長(zhǎng)度為25mm試樣段的平均應(yīng)變速率應(yīng)不超過(guò)2×10-6s-1。
6.1.2.4試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)量和斷口檢測(cè)。
6.1.3試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容:
a)試驗(yàn)材料的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及方位、試樣的結(jié)構(gòu)尺寸;
5
GB/TXXXXX—XXXX
b)試驗(yàn)壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗(yàn)溫度;
c)試驗(yàn)過(guò)程中試樣的應(yīng)變速率;
d)試驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線;
e)依據(jù)GB/T228.1確定的試樣的屈服強(qiáng)度、屈服點(diǎn)的判定方法、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮
率;
f)其它試驗(yàn)結(jié)果。
6.2疲勞壽命試驗(yàn)
6.2.1一般要求
6.2.1.1疲勞壽命試驗(yàn)應(yīng)滿足5中的相關(guān)規(guī)定。
6.2.1.2疲勞壽命試驗(yàn)可采用力控制或應(yīng)變控制。當(dāng)采用力控制時(shí),試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T3075的相
關(guān)規(guī)定;當(dāng)采用應(yīng)變控制時(shí),試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)滿足GB/T15248的相關(guān)規(guī)定。
6.2.1.3疲勞壽命試驗(yàn)可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣。采用力控制時(shí),光滑圓棒試樣的結(jié)構(gòu)尺寸
應(yīng)符合GB/T3075的相關(guān)規(guī)定;采用應(yīng)變控制時(shí),光滑圓棒試樣的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合GB/T15248的相關(guān)
規(guī)定。帶缺口圓棒試樣應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)帶缺口試樣(見(jiàn)圖1),或采用缺口應(yīng)力集中系數(shù)大于或等于3的帶
缺口試樣。
6.2.2試驗(yàn)程序
6.2.2.1采用力控制時(shí),試驗(yàn)的基本程序應(yīng)符合GB/T3075的相關(guān)規(guī)定;采用應(yīng)變控制時(shí),試驗(yàn)的基
本程序應(yīng)符合GB/T1524
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