(高清版)GB∕T 39039-2020 高强度钢氢致延迟断裂评价方法

ICS77.040.99GB/T39039—2020(ISO16573:2015,Steel—Measurementmethodfortheevaluationofhydrogenembrittlementresistanceofhighstrengthsteels,MOD)国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T39039—2020前言 Ⅲ 12规范性引用文件 13术语和定义 1 2 3 4 5 6 810氢含量测量 911试验报告 9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ISO16573:2015技术性差异及其原因 ⅢGB/T39039—2020本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准与ISO16573:2015相比在结构上有调整，附录A中列出了本标准与ISO16573:2015的章本标准与ISO16573:2015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由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。1GB/T39039—2020高强度钢氢致延迟断裂评价方法1范围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/T2975—2018,ISO377:2017,MOD)下列术语和定义适用于本文件。可扩散氢含量diffusiblehydrogencontent试样中室温下可以扩散的氢的含量。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缺口抗拉强度notchtensilestrength;NTS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。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。恒载荷拉伸试验constantloadtensiletest;CLT试样拉伸载荷恒定的一种拉伸试验方法。慢应变速率拉伸试验slowstrainratetensiletest;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。2GB/T39039—20204原理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。伸试验。试样过程示意图见图1。预充氢镀层恒载荷拉伸试验连续充氢慢应变速率拉伸试验断后试样处理氢含量测量试验报告4.2预充氢3GB/T39039—2020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4.3连续充氢力比)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a)光滑试样b)缺口试样图2试样形状及尺寸4GB/T39039—2020ao——试样的厚度；L,——试样总长度。参数光滑试样缺口试样板状试样°Dp/D0.02,0.03L./D57·板状试样其他尺寸应符合GB/T228.1的要求。6充氢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6.2电化学充氢6.2.1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适合于引入较高氢含量，溶液3适合于引入更高氢含量。5GB/T39039—2020溶液组分浓度或加入量备注1NaOH适合于低氢含量2NaCI适合于较高氢含量NH₄SCN3H₂SO0.01mol/L,0.05mol/L适合于更高氢含量NH₄SCN6.2.2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/m²~20A/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HCl溶液或加入CH₃COOH/CH₃COONa缓冲剂的HCl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。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步骤条件时间/h盐雾5%NaCl,35℃2干燥湿度20%～30%,60℃4加湿湿度≥95%,50℃26.5高压氢气中充氢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15μ6GB/T39039—2020表4镀锌溶液组元及其含量溶液组元类型含量镀锌溶液ZnCl₂溶质KCl溶质H₃BO₄溶质十二烷硫酸钠溶质H₂O(蒸馏)溶剂8拉伸试验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；b)在恒载荷下将试样拉伸至断裂；c)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d)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；e)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f)记录试验结果。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)。7GB/T39039—2020YX8GB/T39039—2020a)使用适当的夹具对试样进行单轴拉伸加载；b)在慢应变速率下将试样拉伸至断裂；c)记录断裂应力；d)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；e)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；f)记录试验结果。8.3.2拉伸应变速率应低于10-⁵/s。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。X图5慢应变速率拉伸试验结果(断裂应力-氢含量)9断后试样处理a)将断裂试样保存在液氮中以防止氢逸出；b)距离断口附近切取用于氢含量测量的试样，见图6;c)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。9GB/T39039—2020单位为毫米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9.3未断试样需要测量氢含量时，可参考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；c)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。11试验报告a)本标准编号；c)试样的类型(形状和尺寸);f)测氢方法和条件(如TDS测氢加热速率等);g)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h)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);i)试验员和试验日期等信息。GB/T39039—2020本标准章条号对应的ISO16573:2015章条编号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(续)本标准章条号对应的ISO16573:2015章条编号9GB/T39039—2020本标准与ISO16573:2015技术性差异及其原因表B.1给出了本标准与ISO16573:2015相应技术性差异及其原因。表B.1本标准与ISO16573:2015相应技术性差异及其原因本标准章条号技术性差异原因1ISO16573:2015主要适用于螺栓钢，但无明确的强度规定；本标准明确规定了适用钢的强度，即适用于强度为800MPa以上的高强度钢，800MPa以下也可参考采用不仅高强度螺栓钢会发生氢致延迟断裂，其他高强度钢(如弹簧钢、轴用钢)也常发生延迟断裂，因此没必要明确主要适用于螺栓钢；延迟断裂与钢的强度密切相关，通常当钢的强度高于800MPa钢时才发生，因此本标准明确适用钢的强度范围反而更有利于标准的针对性2关于规范性引用文件，本标准做了技术性差异的调整，调整的情况集中反映在第2——增加引用了GB/T2975(见5.1);——增加引用了GB/T228.1(见表1)因5.1取样方法引用了GB/T2975以及板状试样引用了GB/T228.13本标准增加了术语和定义及“慢应变速率拉伸试验”等六个术语及定义4ISO16573:2015只有通过断裂时间和氢含量的关系、断裂时间和应力比的关系两种评价方法；本标准增加了断裂应力比和氢含量的关系、临界氢含量方法通过恒载荷拉伸试验，需要大量的试验才能得到断裂应力比和氢含量的关系，而通过慢应变速率拉伸试验方法，比较容易获得断裂应力比和氢含量的关系。本标准增加了慢应变速率拉伸试验，并增加了“断裂应力比和氢含量的关系”“临界氢含量”等评价方法5ISO16573:2015中试样只有棒(线)材；本标准中有棒(线)材和板状试样除了常规的棒(线)材，随着板材(如高强汽车钢板)强度日益提高，其发生氢致延迟断裂的可能性升高，增加板状试样扩大本标准的适用范围ISO16573:2015中缺口试样根部曲率半径为0.1mm或0.2mm;本标准中为0.2mm或0.3mm0.1mm曲率半径加工难度较大，考虑到国内试样加工情况，加工一致性不容易保证，同时大多数情况下也没有必要采用太高应力集中系数。因此，不采用0.1mm,而改为0.3mm6充氢溶液种类：本标准增加了H₂SO₄溶液考虑到强度在1000MPa以下时需要引入大量的氢，因此本标准增加更低pH值充氢溶液，保证能够充入足够的氢含量充氢条件：本标准只给出了电流和时间建议，其他没有