一种检测钢材氢脆敏感性的试验方法

摘要

本发明公开了一种检测钢材氢脆敏感性的试验方法，包括以下步骤：将待检测的钢材试样进行电化学充氢，对充氢后的钢材试样进行拉伸试验，测量并获得钢材试样的氢含量，以及在不同氢含量下的力学性能，并绘制氢含量‑力学性能曲线，对应于曲线出现拐点的氢含量即为钢材的临界氢含量，即钢材试样的氢脆敏感性能。本发明用于检测钢材氢脆敏感性的试验方法，试验方法简单，试验速度快，这时因为本发明拉伸试验方法的拉伸速率比传统慢拉伸速率高2个数量级，而且省去了充氢后样品保存的麻烦，解决了慢拉伸急恒载荷过程中拉伸世界过长导致氢从钢中逸散出的情况，总体来说，不仅降低了设备及人员要求，更缩短了试验检测时间，减少了检测费用的支出。

说明书

技术领域

本发明涉及测定氢脆敏感性领域。更具体地说，本发明涉及一种检测钢材氢脆敏感性的试验方法。

背景技术

当超高强度钢的抗拉强度超过1000Mpa后，极少量的氢就会导致的材料性能下降，导致氢致开裂现象的发生。在温和的腐蚀环境下发生断裂的钢的氢脆现象，在大气环境下的氢致开裂现象就变得十分明显。近期，由于人们对节能减排的要求越来越高，氢能源设备及高强度汽车部件等材料的使用已经越来越多，如果这些材料发生氢致开裂现象，将会导致不可挽救的后果。不同的钢材对氢的敏感性不同，因此，检测钢材的氢脆敏感性，可以对钢材在实际环境下的实用提供数据支持。

现有检测钢材氢脆敏感性的方法，多采用慢拉伸试验机(拉伸速率在0.005mm/min左右)或者恒载荷试验，每根样品的检测时间一般均超过3天有的甚至需要超1周时间。因此一类是直接在慢拉伸或者恒载荷试验过程中充氢，该方法需将两种设备捆绑使用，缺乏灵活性的同时，还需配备特制的试验箱以便填充溶液，且试样与夹具间还需要做绝缘处理；另一类是由于拉伸机恒载荷时间过长，需在充氢后对样品表面镀层防止氢的逸出，慢拉伸或恒载荷结束后，另需去除镀层以便测氢。该方法若镀层效果不好，易导致试验结果有误，且试样处理较为麻烦。上述两种方法君对检测人员技术水平的要求较高，受人为影响较大。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种检测钢材氢脆敏感性的试验方法，包括以下步骤：

将待检测的钢材试样进行电化学充氢，通过调节电化学充氢过程中的电流值不同，从而对钢材试样充进不同含量的氢，并测量得到钢材试样在不同氢含量下的力学性能，绘制氢含量-力学性能曲线，对应于曲线出现拐点的氢含量即为钢材的临界氢含量，用于判断钢材试样的氢脆敏感性能：临界氢含量值越大对应钢材试样的氢脆敏感性越低。

根据本发明的一优选实施方案，所述钢材试样的电化学充氢过程，具体为：铂电极与所述钢材试样分别连接于电源的正极和负极，且所述铂电极和所述钢材试样均放入充氢溶液中，并对连接成的回路进行通电。

根据本发明的一优选实施方案，利用拉伸试验测量钢材试样的力学性能；

其中，测量钢材试样的氢含量，具体为：对所述钢材试样在拉伸试验中被拉断的断口位置进行取样，测量该取样样品的氢含量，即该钢材试样的氢含量。

根据本发明的一优选实施方案，取样后对取样样品进行丙酮脱水和无水乙醇清洗。

根据本发明的一优选实施方案，利用测氢仪对该取样样品进行氢含量测量，且测量温度保持600-800℃。

根据本发明的一优选实施方案，拉伸试验中，最大拉力不小于5KN，最小拉伸速率为1mm/min。

根据本发明的一优选实施方案，所述钢材试样经过充氢后取出至进行拉伸试验的时间间隔应不大于6小时。

根据本发明的一优选实施方案，所述电源为恒流电源，其分辨率应达到0.1mA。

根据本发明的一优选实施方案，所述力学性能具体为面缩比。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明用于检测钢材氢脆敏感性的试验方法，试验方法简单，试验速度快，这是因为本发明拉伸试验方法的拉伸速率比传统慢拉伸速率高2个数量级，而且省去了充氢后样品保存的麻烦，解决了慢拉伸急恒载荷过程中拉伸世界过长导致氢从钢中逸散出的情况，总体来说，不仅降低了设备及人员要求，更缩短了试验检测时间，减少了检测费用的支出。

2、本发明用于检测钢材氢脆敏感性的试验方法根据制作出的氢含量-面缩率曲线，得出钢材试样的临界氢含量具体值，也就是说本发明的方法可以对钢材试样的氢脆敏感性进行定量计算，跟常规方法只能根据人工经验进行定量评判钢材的氢脆敏感性(比如通过拉伸后的断口形状来判断其氢脆敏感性强或者弱)，其对钢材的精度使用起到更好的指导作用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明中涉及的电化学充氢过程示意图。

图2是本发明中涉及的拉伸试验过程示意图。

图3是本发明中涉及的测氢仪的结构示意图。

图4为本发明一实施例中氢含量-面缩比曲线。

1：恒流电源；2：导线；3：钢材试样；4：烧杯；5：铂电极；6:电解液；7：拉伸试验机；8：试样加热装置；9：气体取样器；10：气相色谱仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1-4所示，本发明的一优选实施方案提供一种检测钢材氢脆敏感性的试验方法，包括以下步骤：

将待检测的钢材试样进行电化学充氢，通过调节电化学充氢过程中的电流值不同，从而对钢材试样充进不同含量的氢，并测量得到钢材试样在不同氢含量下的力学性能(具体采用拉伸试验进行力学性能测量)，绘制氢含量-力学性能曲线，对应于曲线出现拐点的氢含量即为钢材的临界氢含量，即钢材试样的氢脆敏感性能。

上述实施方案中，创造性的把电化学充氢、拉伸试验、测氢三个过程系统结合在了一起，实现了快速高效的获得氢脆敏感性的试验方法，方法简单，试验速度快，而且省去了充氢后样品保存的麻烦，解决了慢拉伸急恒载荷过程中拉伸世界过长导致氢从钢中逸散出的情况。

其中，如图4所示，纵坐标面缩比是指充氢后钢材试样的面缩率和充氢前钢材试样的面缩率的比值，面缩率就是“强度和塑性”的试验表征值，曲线中临界氢含量越大，则表明钢材试样的氢脆敏感性越低。通过拉伸试验获得钢材试样的面缩率，最后绘制面缩率-测氢仪测得的氢含量的关系曲线，曲线的拐点就是临界氢含量。其中，拉伸试验中，最大拉力应不小于5KN，最小拉伸速率为1mm/min。

具体的，钢材试样的形状不受限制，可以是多种形状，比如是圆棒状，长度30mm，直径6mm，过渡弧半径R＝10mm，当钢材试样为上述形状以及尺寸时，其通过上述方法制作出相应的氢含量-面缩率曲线，其中钢材试样的临界氢含量为1.5ppm，也就是说本发明的方法可以对钢材试样的氢脆敏感性进行定量计算，跟常规方法只能根据人工经验进行定量评判钢材的氢脆敏感性(比如通过拉伸后的断口形状来判断其氢脆敏感性强或者弱)，其更能对钢材的精度使用起到更好的指导作用。

其中，利用测氢仪测量钢材试样的氢含量，如图3所表示，测氢仪由试样加热装置8、气体取样器9和气相色谱仪10三大部分组成；待检测的钢材试样在拉伸试验中被拉断后，取拉伸断口位置附近的样品，长度10mm，将样品放入试样加热装置，以100℃/h的速度进行加热，通过气体取样器9和气相色谱仪10获得样品的氢含量；

本发明的另一优选实施方案中，如图1所示，电化学充氢过程具体为，该电化学充氢装置包括：恒流电源1、导线2、钢材试样3、烧杯4、铂电极5、电解液6，电化学充氢过程是将恒流电源1通过导线2与浸泡在电解液6中的铂电极5和钢材试样3连接构成，所述铂电极5与所述钢材试样3分别连接于电源的正极和负极其中，电解液6放置在容器中，实际使用时可采用烧杯4，通过施加一定的电流(即接通电源)，使电解液6中电离出来的H

需要强调的是，为防止钢材试样中氢气随时间从拉伸试验的钢中扩散走，所述钢材试样经过充氢后取出至进行拉伸试验的时间间隔应不大于6小时。

本发明的另一优选实施方案中，待钢材试样结束电化学充氢后，将钢材试样安装至拉伸试验机上，以1mm/min的拉伸速率进行拉伸试验直至拉断，获得钢材试样的强度和塑性。待钢材试样拉断后，取拉伸断口位置附近样品，长度10mm，将样品放入试样加热装置，以100℃/h的速度进行加热，通过气体取样器和气相色谱仪获得样品的氢含量；

本发明的另一优选实施方案中，所述的检测钢材氢脆敏感性的试验方法中，利用TDS测氢方法测量并获得钢材试样的氢含量，具体包括：

对所述钢材试样在拉伸试验中被拉断的断口位置进行取样，测量该取样样品的氢含量，即该钢材试样的氢含量。

本发明的另一优选实施方案中，所述的检测钢材氢脆敏感性的试验方法中，取样后对取样样品进行丙酮脱水和无水乙醇清洗，清洗取样样品表面杂质，避免影响其后续测量。

根据本发明的一优选实施方案，所述的检测钢材氢脆敏感性的试验方法中，利用测氢仪对该取样样品进行氢含量测量，且测量温度保持600-800℃，该温度下，样品中的氢可以可全部被变成氢气而释放出来，以保证氢含量测量的准备。

根据本发明的一优选实施方案，所述的检测钢材氢脆敏感性的试验方法中，所述电源为恒流电源，其分辨率应达到0.1mA。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。