(高清版)GB∕T 39039-2020 高強度鋼氫致延遲斷裂評價方法

ICS77.040.99GB/T39039—2020(ISO16573:2015,Steel—Measurementmethodfortheevaluationofhydrogenembrittlementresistanceofhighstrengthsteels,MOD)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T39039—2020前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 1 2 3 4 5 6 810氫含量測量 911試驗報告 9附錄A(資料性附錄)本標準與ISO16573:2015相比的結(jié)構(gòu)變化情況 附錄B(資料性附錄)本標準與ISO16573:2015技術性差異及其原因 ⅢGB/T39039—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準與ISO16573:2015相比在結(jié)構(gòu)上有調(diào)整，附錄A中列出了本標準與ISO16573:2015的章本標準與ISO16573:2015相比存在技術性差異，這些差異涉及的條款已通過在其外側(cè)頁邊空白位本標準由全國鋼標準化技術委員會(SAC/TC183)歸口。1GB/T39039—2020高強度鋼氫致延遲斷裂評價方法1范圍本標準適用于抗拉強度不低于800MPa的高強度鋼?？估瓘姸鹊陀?00MPa的高強度鋼可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅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金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法(GB/T228.1-2010,ISO6892-1:2009,MOD)GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備(GB/T2975—2018,ISO377:2017,MOD)下列術語和定義適用于本文件?？蓴U散氫含量diffusiblehydrogencontent試樣中室溫下可以擴散的氫的含量。臨界氫含量criticalhydrogencontent在規(guī)定應力(0.9倍的抗拉強度或0.9倍的缺口抗拉強度)下，經(jīng)歷規(guī)定時間剛好不發(fā)生延遲斷裂缺口抗拉強度notchtensilestrength;NTS缺口試樣拉伸試驗期間的最大力與缺口處原始橫截面面積的比值。斷裂應力比fracturestressratio充氫試樣的抗拉強度(或缺口抗拉強度)與未充氫試樣的抗拉強度(或缺口抗拉強度)的比值。恒載荷拉伸試驗constantloadtensiletest;CLT試樣拉伸載荷恒定的一種拉伸試驗方法。慢應變速率拉伸試驗slowstrainratetensiletest;SSRT試樣拉伸應變速率一般低于10-?/s的一種拉伸試驗方法。2GB/T39039—20204原理力比與氫含量的關系、以及臨界氫含量等來評價高強度鋼的氫致延遲斷裂敏感性。也可采用材料的塑性指標(斷后延伸率、斷面收縮率)與氫含量的關系來評價。在相同氫含量下斷裂應力比越高或斷裂時感性越低。本方法可以對具有不同成分或顯微組織的高強度鋼的氫致延遲斷裂敏感性進行定性比較。伸試驗。試樣過程示意圖見圖1。預充氫鍍層恒載荷拉伸試驗連續(xù)充氫慢應變速率拉伸試驗斷后試樣處理氫含量測量試驗報告4.2預充氫3GB/T39039—2020規(guī)定的截止時間(100h,需要時也可以200h或更長),對斷裂試樣(或未斷試樣)處理后測量氫含量，重拉斷，獲得充氫試樣的抗拉強度(光滑試樣)或缺口抗拉強度(缺口試樣),計算斷裂應力比，重復以上試4.3連續(xù)充氫力比)試驗條件下拉伸一定時間直至斷裂以獲得斷裂時間，或者到規(guī)定的截止時間(100h,需要時也可含量的關系。也可以采用慢應變速率拉伸試驗方法，將連續(xù)充氫試樣拉斷，獲得充氫試樣的抗拉強度(光滑試樣)或缺口抗拉強度(缺口試樣),計算斷裂應力比，重復以上試驗，可以得出斷裂應力或斷裂應力比與氫含量的關系。連續(xù)充氫方法比較適合于酸性溶液浸泡充氫、大氣腐蝕環(huán)境中充氫以及高壓氫5試樣5.1取樣部位按照GB/T2975規(guī)定執(zhí)行。5.2推薦采用光滑試樣、缺口試樣、板狀試樣三種中的一種(見圖2),試樣幾何尺寸參數(shù)見表1。條件a)光滑試樣b)缺口試樣圖2試樣形狀及尺寸4GB/T39039—2020ao——試樣的厚度；L,——試樣總長度。參數(shù)光滑試樣缺口試樣板狀試樣°Dp/D0.02,0.03L./D57·板狀試樣其他尺寸應符合GB/T228.1的要求。6充氫充氫方式可以采用預充氫或者連續(xù)充氫?？刹捎靡韵滤姆N充氫方法：電化學充氫、酸性溶液6.2電化學充氫6.2.1推薦的電化學充氫溶液成分見表2。溶液1適合于引入較低氫含量，溶液2適合于引入較高氫含量，溶液3適合于引入更高氫含量。5GB/T39039—2020溶液組分濃度或加入量備注1NaOH適合于低氫含量2NaCI適合于較高氫含量NH?SCN3H?SO0.01mol/L,0.05mol/L適合于更高氫含量NH?SCN6.2.2電化學充氫的電流密度、充氫時間等參數(shù)根據(jù)氫含量需要確定。推薦電流密度為0A/m2~20A/m2。對高強螺栓鋼，推薦采用溶液1或溶液2,充氫48h。6.3酸性溶液中浸泡充氫對于酸性溶液中浸泡充氫，通常使用HCl溶液或加入CH?COOH/CH?COONa緩沖劑的HCl溶液。浸入時間應根據(jù)被測材料的試樣尺寸和氫擴散系數(shù)確定。6.4大氣腐蝕環(huán)境中充氫對于大氣腐蝕環(huán)境中的充氫，通過鹽霧試驗(SST)或循環(huán)腐蝕試驗(CCT)進行。循環(huán)腐蝕試驗包括鹽霧、干燥和加濕等階段。表3中列出了推薦CCT試驗過程和試驗條件。表3推薦的循環(huán)腐蝕試驗過程步驟條件時間/h鹽霧5%NaCl,35℃2干燥濕度20%～30%,60℃4加濕濕度≥95%,50℃26.5高壓氫氣中充氫時間應根據(jù)被測試材料的試樣尺寸和氫擴散系數(shù)確定。試驗時應非常小心。由于該試驗的危險性建議盡量不采用。7鍍層在預充氫后，可對試樣進行表面鍍鋅，以防止氫逸出。鍍鋅溶液按表4配制，鍍鋅溶液pH值宜控制在5～6,電流和時間等參數(shù)依據(jù)需要確定，鍍鋅層厚度應至少為15μ6GB/T39039—2020表4鍍鋅溶液組元及其含量溶液組元類型含量鍍鋅溶液ZnCl?溶質(zhì)KCl溶質(zhì)H?BO?溶質(zhì)十二烷硫酸鈉溶質(zhì)H?O(蒸餾)溶劑8拉伸試驗拉伸試驗分恒載荷拉伸試驗和慢應變速率拉伸試驗兩種。8.2恒載荷拉伸試驗a)使用適當?shù)膴A具以一定的應力對試樣進行單軸拉伸加載；b)在恒載荷下將試樣拉伸至斷裂；c)記錄斷裂時間，如果試樣100h(需要時可以200h或更長)不斷裂則認為其不會斷裂，停止d)恒載荷拉伸試驗后，按第9章對斷后試樣進行處理，并按第10章測量氫含量；e)重復a)～d),直至獲得斷裂應力比為0.9時對應的氫含量，即臨界氫含量，或者獲得斷裂時間f)記錄試驗結(jié)果。8.2.4試驗結(jié)果通過在一定應力比下的斷裂時間與氫含量的關系(見圖3)或在一定氫含量下斷裂時間與應力比的關系來表達(見圖4)。7GB/T39039—2020YX8GB/T39039—2020a)使用適當?shù)膴A具對試樣進行單軸拉伸加載；b)在慢應變速率下將試樣拉伸至斷裂；c)記錄斷裂應力；d)慢應變速率拉伸試驗后，按第9章對斷后試樣進行處理，并按第10章測量氫含量；e)重復a)～d),直至獲得斷裂應力比為0.9時對應的氫含量，即臨界氫含量，或者獲得斷裂應力(斷裂應力比)與氫含量的關系；f)記錄試驗結(jié)果。8.3.2拉伸應變速率應低于10-?/s。8.3.4試驗結(jié)果通過斷裂應力(斷裂應力比)與氫含量關系來表達，見圖5。X圖5慢應變速率拉伸試驗結(jié)果(斷裂應力-氫含量)9斷后試樣處理a)將斷裂試樣保存在液氮中以防止氫逸出；b)距離斷口附近切取用于氫含量測量的試樣，見圖6;c)切取后的試樣需用丙酮超聲清洗后立即進行測量，否則需保存在液氮中以防止氫逸出。9GB/T39039—2020單位為毫米a)光滑試樣b)缺口試樣c)板狀試樣圖6切取氫含量測量試樣示意圖9.3未斷試樣需要測量氫含量時，可參考10氫含量測量10.1采用升溫脫氫分析方法(TDS法)測量試樣中的氫含量，具體測量要求如下：a)測量前需對試樣進行超聲清洗；b)測氫試樣準備(從液氮中取出、清洗等)至開始測量時間不超過0.5h,并且盡量保持一致；c)在一般情況下，可擴散氫根據(jù)氫脫附曲線的第一個峰計算；當?shù)陀?00℃下觀察到幾個峰，可擴散氫可以通過所有峰求和計算；d)推薦的加熱速率為100℃/h。11試驗報告a)本標準編號；c)試樣的類型(形狀和尺寸);f)測氫方法和條件(如TDS測氫加熱速率等);g)恒載荷拉伸試驗結(jié)果(特定應力比下的斷裂時間與氫含量的關系h)慢應變速率拉伸試驗結(jié)果(斷裂應力或斷裂應力比與氫含量的關系);i)試驗員和試驗日期等信息。GB/T39039—2020本標準章條號對應的ISO16573:2015章條編號11234253644.14.24.34.44.5758—一68.2.18.2.28.2.38.2.48.3.18.3.28.3.38.3.4978GB/T39039—2020表A.1(續(xù))本標準章條號對應的ISO16573:2015章條編號9GB/T39039—2020本標準與ISO16573:2015技術性差異及其原因表B.1給出了本標準與ISO16573:2015相應技術性差異及其原因。表B.1本標準與ISO16573:2015相應技術性差異及其原因本標準章條號技術性差異原因1ISO16573:2015主要適用于螺栓鋼，但無明確的強度規(guī)定；本標準明確規(guī)定了適用鋼的強度，即適用于強度為800MPa以上的高強度鋼，800MPa以下也可參考采用不僅高強度螺栓鋼會發(fā)生氫致延遲斷裂，其他高強度鋼(如彈簧鋼、軸用鋼)也常發(fā)生延遲斷裂，因此沒必要明確主要適用于螺栓鋼；延遲斷裂與鋼的強度密切相關，通常當鋼的強度高于800MPa鋼時才發(fā)生，因此本標準明確適用鋼的強度范圍反而更有利于標準的針對性2關于規(guī)范性引用文件，本標準做了技術性差異的調(diào)整，調(diào)整的情況集中反映在第2——增加引用了GB/T2975(見5.1);——增加引用了GB/T228.1(見表1)因5.1取樣方法引用了GB/T2975以及板狀試樣引用了GB/T228.13本標準增加了術語和定義及“慢應變速率拉伸試驗”等六個術語及定義4ISO16573:2015只有通過斷裂時間和氫含量的關系、斷裂時間和應力比的關系兩種評價方法；本標準增加了斷裂應力比和氫含量的關系、臨界氫含量方法通過恒載荷拉伸試驗，需要大量的試驗才能得到斷裂應力比和氫含量的關系，而通過慢應變速率拉伸試驗方法，比較容易獲得斷裂應力比和氫含量的關系。本標準增加了慢應變速率拉伸試驗，并增加了“斷裂應力比和氫含量的關系”“臨界氫含量”等評價方法5ISO16573:2015中試樣只有棒(線)材；本標準中有棒(線)材和板狀試樣除了常規(guī)的棒(線)材，隨著板材(如高強汽車鋼板)強度日益提高，其發(fā)生氫致延遲斷裂的可能性升高，增加板狀試樣擴大本標準的適用范圍ISO16573:2015中缺口試樣根部曲率半徑為0.1mm或0.2mm;本標準中為0.2mm或0.3mm0.1mm曲率半徑加工難度較大，考慮到國內(nèi)試樣加工情況，加工一致性不容易保證，同時大多數(shù)情況下也沒有必要采用太高應力集中系數(shù)。因此，不采用0.1mm,而改為0.3mm6充氫溶液種類：本標準增加了H?SO?溶液考慮到強度在1000MPa以下時需要引入大量的氫，因此本標準增加更低pH值充氫溶液，保證能夠充入足夠的氫含量充氫條件：本標準只給出了電流和時間建議，其他沒有