《金属和合金的腐蚀纯氢掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀耦合下的慢应变速率试验方法》编制说明

《金属和合金的腐蚀纯氢/掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀

耦合下的慢应变速率试验方法》

行业标准编制说明（征求意见稿）

一、工作简况

1.1任务来源

根据工信厅科函〔2023〕291号文件2023年第三批行业标准制修订和外文版项目计

划的通知（计划号2023-1505T-YB），由广东腐蚀科学与技术创新研究院、中国科学院

金属研究所等单位负责《金属和合金的腐蚀纯氢/掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀耦合

下的慢应变速率试验方法》行业标准制定。计划完成时间为2025年。

1.2主要工作过程

起草(草案、调研)阶段:计划下达后，全国钢标委会金属和合金的腐蚀分委会组织各

起草单位成立了起草工作组，由广东腐蚀科学与技术创新研究院牵头成立了标准编制工

作组，负责主要起草工作。工作组对国内外氢能及慢应变速率试验的相关标准、政策及

输氢埋地管道产业发展情况进行全面调研，同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料，

进行了大量的研究分析、资料查证工作，结合实际应用经验和大量试验验证数据，进行

全面总结和归纳，编制出标准草案。

为了验证标准草案中试验条件、要求、过程的可行性、可操作性与依据草案所测结

果的重复性，广东腐蚀科学与技术创新研究院、中国科学院金属研究所和金粤检测技术

（广州）有限公司三家单位分别开展了测试验证，经工作组及有关专家研讨，对标准草

案初稿进行了认真的修改，于2024年4月形成了标准征求意见稿及其编制说明等相关

附件，报全国钢标委会金属和合金的腐蚀分委会秘书处。

征求意见阶段:2024年4月，全国钢标委会金属和合金的腐蚀分委会秘书处将把

标准征求意见稿和编制说明发送到金属和合金的腐蚀分委员会委员及有代表性的标准

相关方广泛征求意见，同时在《钢铁标准网》网站上公开征求社会意见。

1

二、标准编制原则

本文件严格贯彻国家的有关方针、政策、法规；合理利用资源；保障安全，保护环

境。在技术内容上力求先进性和实用性统一，编写格式上严格按照中华人民共和国国家

标准GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》的规定进行

编写，力求指标科学、合理，试验方法具有可行性和可操作性。

本文件属于首次发布，符合国家新能源的发展战略需求。我国已经向全世界承诺了

“3060”碳减排目标，大力发展氢能不仅是我国实现上述目标的关键途径之一，也是我

国能源战略中必不可少的一部分。要想安全利用氢能，在尽可能接近服役环境下的钢质

管道服役性能评价技术及标准必不可少。

三、主要内容说明

利用可再生能源发电制氢（PowertoGas，P2G）技术将大规模的风电、光电转化为

氢能，是可再生能源利用最高效、最有前景的技术；将P2G制得的氢气以一定的体积分

数掺入现有天然气管网（以埋地钢质管道为主）中输送，是实现氢气大规模、低成本输

送的最佳方案。由此可见，纯氢/掺氢燃气埋地钢质管道材料性能退化同时受到了内部气

态氢和外腐蚀的共同影响。管道内部气态氢可通过碰撞、吸附、解离和扩散进入金属基

体，它们不仅直接影响材料的服役性能，还可扩散到金属管道外壁并影响金属管道的外

腐蚀行为，进而与外腐蚀发生耦合作用影响金属管道的服役性能（如氢致开裂敏感性）。

因此，纯氢/掺氢埋地钢质管道的长期服役性能势必会受到内部氢和外腐蚀的耦合作用影

响，但氢促外腐蚀失效和氢脆的协同竞争机制目前尚不清楚，根本原因在于尚无氢与外

腐蚀耦合作用下纯氢/掺氢埋地钢质管道材料氢促失效试验测试方法。

本标准的目的是形成一种简单、普适的内部氢与外腐蚀耦合作用下纯氢/掺氢埋地钢

质管道材料氢促失效的试验方法—慢应变速率试验，明确不同钢质管道外腐蚀类型与管

道内部纯氢/掺氢环境（掺氢比、压力等）耦合作用下管道的性能退化规律和机理，推进

钢质管道的环境相容性评价，为我国大规模纯氢/掺氢安全输送提供数据和技术支撑，并

使之成为我国氢气制、运、储、用标准体系中的关键部分之一。

本标准适用于评价纯氢/掺氢埋地钢质管道用材料在内部氢与外腐蚀耦合作用下的

服役性能评价，具体为采用慢应变速率试验，测定埋地钢质管道材料在内部氢与外腐蚀

耦合作用下的氢致开裂敏感性。

2

四、主要试验(或验证)情况

4.1试验原理

采用内部中空的棒状（或管状）拉伸试样，试验过程中试样内部为规定压力的纯氢

或者规定掺氢比的掺氢燃气，试样外部为腐蚀性环境，可实现内部气态氢与外腐蚀耦合

作用下的慢应变速率拉伸试验，评价埋地钢质管道材料在内部气态氢与外腐蚀耦合作用

下的氢致开裂敏感性。也可将暴露于试验环境（内部气态氢或/和外腐蚀）中和暴露于惰

性气体环境中的试验结果进行比较，确定金属材料在外腐蚀、内部气态氢和内部气态氢

-外腐蚀耦合作用三种条件下的应力腐蚀敏感性。

4.2试验材料及试样

目前纯氢输送管道一般使用20#钢，掺氢燃气埋地钢质管道材料包括X42管线钢、

X52管线钢和X65管线钢等。本试验主要选择纯氢输送管道材料20#钢进行试验验证。

本试验中采用管状拉伸试样，具体尺寸如下图所示。试样加工胚料直接采用线切割

的方式取自输氢管道工程用20#钢无缝管，然后采用车削加工方法获得外形尺寸，再采

用枪钻工艺加工中心孔。内外表面的粗糙度Ra均小于0.8μm。为避免管道材料在试样

加工过程发生腐蚀，采取了必要的措施防止材料腐蚀。加工完成的试样先采用无水乙醇

清洗，后采用分析纯级丙酮或无水乙醇超声清洗，超声清洗时间30分钟。试样清洗完

成后，干燥保存。验证试验中共加工12根试样，全部由中国科学院金属研究所负责加

工并分发给各测试单位。

4.3试验条件的确定

针对20#钢纯氢输送管道，一般设计输送压力不高于4MPa，因此在本验证试验中的

管状试样内的环境设定为4MPa纯氢气氛；为了模拟管道土壤溶液腐蚀，国际上通常采

用NS4溶液，本试验中也采用此溶液，同时采用溶液循环方式来保证溶液成分的稳定性

3

和温度的稳定性（本试验中的温度为25℃），试验过程中采用高纯氮气对溶液进行除氧；

应变速率选择为10-7/s。

NS4溶液组分KClNaHCO3CaCl2·2H2OMgSO4·7H2O

含量（g/L）0.1220.4830.1810.131

4.4试验过程

(1)将上下密封件与心部中空的棒状拉伸试样进行装配，并采用高纯氮气打压，进

行气密性测试。气密性良好时，将试样安装在连接于慢应变速率拉伸装置上、

下拉伸机构的上、下加载杆上，确认同轴度良好、夹持牢固。

(2)将腐蚀性环境模拟槽装配于拉伸试样中部，采用橡胶密封O环实现密封。腐蚀

性环境模拟槽采用非金属材料加工。

(3)确认试验装置测温、测压、测力、位移传感器及安全保护装置均处于正常工作

状态。

(4)采用高纯氮气置换试样内部和供气（纯氢或掺氢燃气）管路系统，再用纯氢、

置换，具体应满足GB/T34542.2中7.1.2部分的相关要求。

(5)试样内部通入氢气气体，并达到试验的规定气体压力。

(6)在腐蚀性环境模拟槽中注入试验要求的溶液或其他介质，并按照试验要求调节

温度和流量，试验过程中采用高纯氮气对溶液进行除氧。

(7)待各种参数达到试验要求后，调节加载装置至位移控制模式。设置拉伸速率参

数后开始拉伸试验，直至将试样拉断。

(8)试验结束后，测量断后伸长率和断面收缩率。

(9)按照上述步骤进行重复性试验，试验次数为3次。

4.5试验数据及结果重复性

中国科学院金属研究所测试3组平行试样数据见表1。

4

表1中国科学院金属研究所测试数据

屈服强度抗拉强度断后伸长率断面收缩率

序号

（MPa）（MPa）（%）（%）

130049519.7533.21

230349118.6332.42

328648819.2132.17

平均值296.33491.3319.2032.60

标准差9.073.510.560.55

重复性0.030.010.030.02

广东腐蚀科学与技术创新研究院测试3组平行试样数据见表2。

表2广东腐蚀科学与技术创新研究院测试数据

序号屈服强度抗拉强度断后伸长率断面收缩率

（MPa）（MPa）（%）（%）

130951118.4231.27

230749618.8931.05

330050319.1233.68

平均值305.33503.3318.8132.00

标准差4.737.510.361.46

重复性0.020.010.020.05

金粤检测技术（广州）有限公司测试3组平行试样数据见表3。

表2金粤检测技术（广州）有限公司测试数据

序号屈服强度抗拉强度断后伸长率断面收缩率

（MPa）（MPa）（%）（%）

129548719.0133.85

228749219.1733.52

330149819.3633.11

平均值294.33492.3319.1833.49

标准差7.025.510.180.37

重复性0.020.010.010.01

4.6结论

由表1~3的平行试样测试数据可见，本标准所建立的试验方法具有较高的精密度，

重复性在0.01~0.05之间，数据重复性好。说明不同的操作者在不同的实验室，依据本

标准对测试样品进行测定，具有可行性。

5

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况

本标准是首次制定。

本标准形成一种简单、普适的内部氢与外腐蚀耦合作用下纯氢/掺氢燃气埋地钢质管

道材料氢促失效的试验方法—慢应变速率试验，明确不同钢质管道外腐蚀类型与管道内

部纯氢/掺氢燃气环境（掺氢比、压力等）耦合作用下管道的性能退化规律和机理，推进

钢质管道的环境相容性评价。通过标准的制定和实施，

（1）将填补我国钢质管道外腐蚀与管内临氢协同作用下的金属管道本体及焊缝氢

失效检测方法标准的空白，进一步完善我国氢气制、运、储、用标准体系，并成为其中

的关键部分之一；

（2）为保证埋地纯氢或掺氢钢质管道的运行安全，以及我国大规模掺氢安全输运

提供数据和技术支撑；

（3）将有效推动埋地纯氢或掺氢钢质管道检测技术研究，为行业及相关产品检测标

准的制定提供有效的参考，加快我国氢能的规模化应用步伐，进一步推动创新安全服役

评价技术的推广应用，促进氢能行业高质量发展。

六、国内外标准概况

（1）国内相关标准：

GB/T15970.7-2017《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第7部分：慢应变速率试验》

规定了慢应变速率试验程序，用于研究金属和合金对应力腐蚀破裂的敏感性，包括氢致

失效，但标准仅适用于管线钢的氢致裂纹敏感性测试，无法在腐蚀和氢耦合条件下进行

相关测试；

GBT8650-2015《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》规定了管线钢和压力

容器钢板以及法兰和管件在含硫化物水溶液的腐蚀环境中由于腐蚀吸氢引起的氢致开

裂的评定方法，不适合纯氢/掺氢埋地金属管道的评价；

GBT4157-2017《金属在硫化氢环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室

试验方法》规定了在含H2S的低pH值水溶液环境中，金属材料在受拉伸应力作用下的

抗硫化物应力开裂（SSC）和应力腐蚀开裂（SCC）的实验室试验方法，不适合纯氢/

掺氢燃埋地金属管道的评价；

GB/T34542.3-2018《氢气储存输送系统第2部分：金属材料与氢环境相容性试验

方法》主要适用于金属材料在气态氢环境中的拉伸性能、疲劳性能以及断裂力学性能测

6

定，不适用于管线钢实际服役过程中载荷、腐蚀和氢耦合的条件；

GB/T34542.3-2018《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》

规定了金属材料氢脆敏感度试验的一般要求、试验设备、试样要求、试验程序、氢脆敏

感度评价和试验报告。标准主要用于高压气态氢中金属材料的氢促敏感度评价，同样不

适用于管线钢实际服役过程中载荷、腐蚀和氢耦合的条件。

（2）国外相关标准：

IOS7539-7《Corrosionofmetalsandalloys–Stresscorrosiontesting–Part7:

Methodforslowstrainratetesting》：仅适用于金属单一外界条件的氢致开裂或者应力腐

蚀敏感性测试。

七、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系

本文件的制定与现行的政策、标准相适应。

八、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据

正在进行实践改进。

九、标准的性质和水平

本文件为推荐性标准，达到国际先进水平。

十贯彻标准的要求和措施建议

一般情况下，建议本文件批准发布即实施。

十一、废止或代替现行相关标准的建议

无。

十二、其他应予说明的事项

无。

7

《金属和合金的腐蚀纯氢/掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀

耦合下的慢应变速率试验方法》

行业标准编制说明（征求意见稿）

一、工作简况

1.1任务来源

根据工信厅科函〔2023〕291号文件2023年第三批行业标准制修订和外文版项目计

划的通知（计划号2023-1505T-YB），由广东腐蚀科学与技术创新研究院、中国科学院

金属研究所等单位负责《金属和合金的腐蚀纯氢/掺氢埋地钢质管道在氢与外腐蚀耦合

下的慢应变速率试验方法》行业标准制定。计划完成时间为2025年。

1.2主要工作过程

起草(草案、调研)阶段:计划下达后，全国钢标委会金属和合金的腐蚀分委会组织各

起草单位成立了起草工作组，由广东腐蚀科学与技术创新研究院牵头成立了标准编制工

作组，负责主要起草工作。工作组对国内外氢能及慢应变速率试验的相关标准、政策及

输氢埋地管道产业发展情况进行全面调研，同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料，

进行了大量的研究分析、资料查证工作，结合实际应用经验和大量试验验证数据，进行

全面总结和归纳，编制出标准草案。

为了验证标准草案中试验条件、要求、过程的可行性、可操作性与依据草案所测结

果的重复性，广东腐蚀科学与技术创新研究院、中国科学院金属研究所和金粤检测技术

（广州）有限公司三家单位分别开展了测试验证，经工作组及有关专家研讨，对标准草

案初稿进行了认真的修改，于2024年4月形成了标准征求意见稿及其编制说明等相关

附件，报全国钢标委会金属和合金的腐蚀分委会秘书处。

征求意见阶段:2024年4月，全国钢标委会金属和合金的腐蚀分委会秘书处将把

标准征求意见稿和编制说明发送到金属和合金的腐蚀分委员会委员及有代表性的标准

相关方广泛征求意见，同时在《钢铁标准网》网站上公开征求社会意见。

1

二、标准编制原则

本文件严格贯彻国家的有关方针、政策、法规；合理利用资源；保障安全，保护环

境。在技术内容上力求先进性和实用性统一，编写格式上严格按照中华人民共和国国家

标准GB/T1.1－2020《标准化工作导