GB-T氫氣儲存輸送系統(tǒng) 第2部分：金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗方法

ICS

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中華人民共和國國家標準

GB/TXXXXX—XXXX

氫氣儲存輸送系統(tǒng)

第2部分：金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗方

法

Storageandtransportationsystemsforgaseoushydrogen

Part2:Testmethodsforevaluatingmetallicmaterialcompatibilityincompressed

hydrogenatmosphere

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XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本標準GB/TXXXX《氫氣儲存輸送系統(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)境相容性試驗方法；

—第3部分：金屬材料氫脆敏感度試驗方法；

—第4部分：氫氣儲存系統(tǒng)技術要求；

—第5部分：氫氣輸送系統(tǒng)技術要求；

—第6部分：氫氣壓縮系統(tǒng)技術要求；

—第7部分：氫氣充裝系統(tǒng)技術要求；

—第8部分：防火防爆技術要求。

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。

本部分由全國氫能標準化技術委員會（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

氫氣儲存輸送系統(tǒng)

第2部分：金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗方法

1范圍

本標準規(guī)定了金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗的通用要求、試驗方法等。

本標準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性能的測定。

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金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T3075金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法

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：設備通用要求

GB4962氫氣使用安全技術規(guī)程

GB/T6398金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法

GB/T10623金屬材料力學性能試驗術語

GB/T15248金屬材料軸向等幅低循環(huán)疲勞試驗方法

GB/T21143金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法

GB/T29729氫系統(tǒng)安全的基本要求

GB50516加氫站技術規(guī)范

TSG21固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程

3術語和定義

GB/T10623界定的以及下列術語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)境下測試提供的密閉裝置。

3.2

內(nèi)部測量裝置internalloadcell

安裝于環(huán)境箱的內(nèi)部，用于測量加載桿軸向力、試樣變形等的裝置，其主要部件通常與氫氣直接接

觸。

3.3

外部測量裝置externalloadcell

1

GB/TXXXXX—XXXX

安裝于環(huán)境箱的外部，用于測量加載桿軸向力、橫梁位移等的裝置。

3.4

排放管ventpipe

試驗設備中用于直接向大氣中排放氣體的管道。

3.5

對比環(huán)境試驗referenceenvironmenttest

為了對比評價氫氣對材料性能的劣化程度而在大氣環(huán)境或惰性氣體環(huán)境下開展的材料性能試驗。

4符號

下列符號適用于本文件。

P——試驗壓力，MPa。

R——力值比，最小力與最大力之比。

T——試驗溫度，℃。

da/dN——疲勞裂紋擴展速率，力循環(huán)一次的疲勞裂紋擴展量，mm/cycle。

1/2

△K——應力強度因子范圍，最大與最小應力強度因子值之差，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)境相容性試驗設備主體的基本結(jié)構參見附錄A。

5.1.2如試驗設備連續(xù)15天以上未使用，再次使用時，應先采用惰性氣體對環(huán)境箱增壓至試驗壓力并

保壓10min以上，檢查無明顯泄漏后，方可進行試驗。

5.1.3應盡量減少對試樣的標距段進行冷加工。

5.1.4應采用適當?shù)姆椒ㄇ逑丛嚇颖砻娴挠臀酆碗s質(zhì)，試樣清洗后應妥善保存，不得用手直接接觸試

樣表面。

5.2試驗設備

5.2.1一般要求

5.2.1.1試驗設備應滿足GB/T29729的相關規(guī)定。

5.2.1.2在試驗壓力和試驗溫度范圍內(nèi)，試驗設備中與氫直接接觸部件所選用的材料應經(jīng)驗證與氫具

有良好的相容性。

5.2.1.3試驗設備宜具備溫度調(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試驗設備中所使用的電氣設備應設置防靜電接地裝置，并符合GB3836.1的相關規(guī)定。

5.2.1.5宜采用適當?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試驗設備還應滿足以下要求：

a)設置超壓泄放裝置、阻火器等安全附件；

b)能遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)的安全狀態(tài)及壓力、溫度等參數(shù)；

2

GB/TXXXXX—XXXX

c)當系統(tǒng)出現(xiàn)異常、故障或失靈時，應能自動啟動急停裝置，報警裝置應能及時報警。

5.2.1.7試驗設備的氣體排放系統(tǒng)應設置流量控制裝置，并滿足GB4962的有關規(guī)定。

5.2.1.8試驗設備排放管的設置應符合GB50516中的相關規(guī)定。

5.2.2環(huán)境箱

5.2.2.1環(huán)境箱的材料、設計、制造、使用管理、定期檢驗等應符合TSG21的相關規(guī)定。

5.2.2.2環(huán)境箱的設計應考慮疲勞載荷及氫氣對材料性能劣化的影響。

5.2.2.3環(huán)境箱的設計壽命（循環(huán)次數(shù)）不得低于預期使用年限內(nèi)的壓力循環(huán)次數(shù)。

5.2.2.4試驗結(jié)束后，環(huán)境箱內(nèi)應充裝適量的惰性氣體進行保護。

5.2.3測量裝置

5.2.3.1內(nèi)部測量裝置

5.2.3.1.1內(nèi)部測量裝置應能承受環(huán)境箱內(nèi)部的壓力載荷，并具備試驗所需的精度和分辨率。

5.2.3.1.2內(nèi)部測量裝置的電子元件在高壓(試驗設備的設計壓力)氫氣環(huán)境中應具有良好的穩(wěn)定性。

5.2.3.1.3應根據(jù)內(nèi)部測量裝置在高壓氫氣環(huán)境中輸出信號隨時間的漂移特性，選擇合適的時間區(qū)間

開展試驗，并對漂移特性作詳細的記錄。

5.2.3.2外部測量裝置

5.2.3.2.1當采用外部載荷測量裝置對試樣所受的軸向力進行測量時，應對該測量值做出修正，詳細

記錄修正方法，并提供文件說明。修正至少應考慮以下因素：

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，

則應逐個記錄相應試驗壓力下的摩擦力大小及變化規(guī)律。

5.2.3.2.2當采用外部位移測量裝置時，應考慮試驗機彈性變形對測量結(jié)果的影響，并應記錄消除該

影響的方法。

5.2.3.2.3疲勞試驗中不宜采用外部載荷測量裝置測量試樣所受的軸向力。

5.3試驗氣體

5.3.1氣源的純度

5.3.1.1充入環(huán)境箱的氫氣純度應大于或等于99.999%，其中雜質(zhì)的含量應滿足表1的要求。

表1氫氣中雜質(zhì)的含量

雜質(zhì)種類CO2+CON2O2碳氫化合物H2O

含量(體積分數(shù))/10-6≤2≤2≤1≤1≤3.5

5.3.1.2當選用惰性氣體進行對比環(huán)境試驗時，惰性氣體的純度應大于或者等于99.999%。

5.3.1.3當評價金屬材料與含氫混合氣體的相容性時，試驗用氣體的成分應滿足該材料服役環(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，則其值不應超過2×10-6（體積分數(shù)）。

3

GB/TXXXXX—XXXX

5.3.2置換

5.3.2.1試驗開始前，應對環(huán)境箱及供氫管路系統(tǒng)中的氣體進行置換。置換過程應使得試驗時氫氣純

度能夠滿足5.3.3的規(guī)定。

5.3.2.2當系統(tǒng)中設置采樣容器時,采樣容器及其與環(huán)境箱間的連接管路應與環(huán)境箱同時進行置換。

5.3.2.3置換過程應滿足以下規(guī)定：

a)應采用惰性氣體進行初次置換，之后再使用氫氣進行置換；

b)應根據(jù)試驗系統(tǒng)的情況確定置換過程，置換時氣體壓力不應超過之后的試驗壓力。

5.3.2.4置換過程中宜使用真空泵對環(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結(jié)束時,均應依據(jù)GB/T3634.2中的有關規(guī)定對環(huán)境箱內(nèi)的氫氣純度進行

檢測，氫氣中氧氣和水的體積分數(shù)應分別小于或等于2×10-6和10×10-6。

5.3.3.2當同時滿足以下條件時，在檢測后6個月內(nèi)可免除環(huán)境箱內(nèi)氫氣純度的檢測：

a)連續(xù)3次對環(huán)境箱內(nèi)的氧氣和水分含量的測定結(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)試驗氫氣含氧量和含水量的檢測

結(jié)果。

5.3.3.4當選用惰性氣體進行對比環(huán)境試驗時，應在試驗結(jié)束時對環(huán)境箱內(nèi)的氣體成分進行檢測，其

純度應滿足5.3.1.2的要求。

5.4試驗溫度

5.4.1試驗溫度應取材料在預期工作溫度范圍內(nèi)性能受氫氣劣化作用最嚴重時的溫度值。

5.4.2試驗過程中應監(jiān)測并詳細記錄環(huán)境箱內(nèi)的溫度變化。

5.4.3試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應在（T±5）℃的范圍內(nèi)。

5.4.4幾類常用金屬材料的推薦試驗溫度參見表2。

表2幾類常用金屬材料的推薦試驗溫度

300系列不銹碳鋼和低合

合金種類鎳基合金鋁合金

鋼金鋼

推薦試驗溫度-53℃室溫室溫室溫

5.4.5當采用惰性氣體或空氣進行對比環(huán)境試驗時，試驗溫度應與相應的高壓氫環(huán)境相容性試驗溫度

相同，且試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應滿足5.4.3的規(guī)定。

5.5試驗壓力

5.5.1材料的試驗壓力P應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當環(huán)境箱內(nèi)氫氣加壓至試驗壓力后，應保壓至少10min，然后再進行試驗。

4

GB/TXXXXX—XXXX

5.5.3試驗過程中應監(jiān)測并記錄環(huán)境箱內(nèi)的壓力變化。

5.5.4試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應保持在（1±0.05）P的范圍內(nèi)。

5.5.5試驗過程中可啟動增壓裝置對環(huán)境箱內(nèi)氫氣進行補壓。

5.5.6當采用惰性氣體進行對比環(huán)境試驗時，試驗壓力應與相應的高壓氫環(huán)境相容性試驗壓力相同，

且試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應滿足5.5.4的規(guī)定。

6試驗方法

6.1慢應變速率拉伸試驗

6.1.1一般要求

6.1.1.1慢應變速率拉伸試驗應滿足5中的相關規(guī)定。

6.1.1.2試驗設備應滿足GB/T228.1的相關要求。

6.1.1.3慢應變速率拉伸試驗可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣；光滑圓棒試樣的結(jié)構尺寸以及制備

應符合GB/T228.1的相關規(guī)定；帶缺口圓棒試樣應采用標準帶缺口試樣（見圖1），或采用缺口應力

集中系數(shù)大于3的帶缺口試樣。

圖1標準帶缺口試樣

6.1.1.4慢應變速率拉伸試驗宜采用引伸計對試樣標距段的應變進行測量。

6.1.2試驗程序

6.1.2.1試驗的基本程序應符合GB/T228.1的相關規(guī)定。

6.1.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后，應采用5.3.2中規(guī)定的方法對環(huán)境箱內(nèi)氣體進行置換。

6.1.2.3試驗應以恒位移速率進行。對于光滑圓棒試樣，其標距段的應變速率應不超過2×10-5s-1；

對于帶缺口試樣，其以缺口為中心的長度為25mm試樣段的平均應變速率應不超過2×10-6s-1。

6.1.2.4試驗結(jié)束后，應對試樣進行測量和斷口檢測。

6.1.3試驗報告

試驗報告應包含以下內(nèi)容：

a)試驗材料的牌號、化學成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及方位、試樣的結(jié)構尺寸；

5

GB/TXXXXX—XXXX

b)試驗壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗溫度；

c)試驗過程中試樣的應變速率；

d)試驗過程中的應力-應變曲線；

e)依據(jù)GB/T228.1確定的試樣的屈服強度、屈服點的判定方法、抗拉強度、伸長率、斷面收縮

率；

f)其它試驗結(jié)果。

6.2疲勞壽命試驗

6.2.1一般要求

6.2.1.1疲勞壽命試驗應滿足5中的相關規(guī)定。

6.2.1.2疲勞壽命試驗可采用力控制或應變控制。當采用力控制時，試驗設備應滿足GB/T3075的相

關規(guī)定；當采用應變控制時，試驗設備應滿足GB/T15248的相關規(guī)定。

6.2.1.3疲勞壽命試驗可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣。采用力控制時，光滑圓棒試樣的結(jié)構尺寸

應符合GB/T3075的相關規(guī)定；采用應變控制時，光滑圓棒試樣的結(jié)構尺寸應符合GB/T15248的相關

規(guī)定。帶缺口圓棒試樣應采用標準帶缺口試樣（見圖1），或采用缺口應力集中系數(shù)大于或等于3的帶

缺口試樣。

6.2.2試驗程序

6.2.2.1采用力控制時，試驗的基本程序應符合GB/T3075的相關規(guī)定；采用應變控制時，試驗的基

本程序應符合GB/T15248的相關規(guī)定。

6.2.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后，應采用5.3.2中規(guī)定的方法對環(huán)境箱內(nèi)氣體進行置換。

6.2.2.3采用力控制時，試驗過程中試樣的應力幅應保持恒定；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采用應變控制時，試驗過程中試樣的總軸向應變幅或塑性軸向應變幅應保持恒定。

6.2.2.5試驗過程中，力或應變應以三角波或正弦波的形式施加。

6.2.2.6對于低周疲勞，試驗頻率不應超過1Hz；對于高周疲勞，試驗頻率不應超過20Hz。

6.2.3試驗報告

試驗報告應包含以下內(nèi)容：

a)試驗材料的牌號、化學成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及方位、試樣的結(jié)構尺寸、試

樣的表面狀態(tài)；

b)試驗壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗溫度；

c)試驗采用的波形，頻率，力值比R；

d)應力壽命曲線或應變壽命曲線。

6.3斷裂韌度試驗

6.3.1一般要求

6.3.1.1斷裂韌度試驗應滿足5中的相關要求。

6.3.1.2試驗設備應滿足GB/T21143的相關要求。

6.3.1.3試驗用試樣的結(jié)構尺寸應滿足GB/T21143的相關要求。

6

GB/TXXXXX—XXXX

6.3.1.4應在氫氣環(huán)境中進行試樣疲勞裂紋的預制，預制過程應滿足GB/T21143的相關要求。疲勞

裂紋預制前應去除試樣上的油污，并應保證預制裂紋過程中，試樣表面不被雜質(zhì)污染。

6.3.2試驗程序

6.3.2.1試驗的基本程序應符合GB/T21143的相關規(guī)定。

6.3.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后，應采用5.3.2中規(guī)定的方法對環(huán)境箱內(nèi)氣體進行置換。

6.3.2.3試驗結(jié)束后，應對試樣進行觀察和測量。

6.3.3試驗報告

試驗報告的內(nèi)容應滿足GB/T21143的要求，且應包含試驗壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量等。

6.4疲勞裂紋擴展速率試驗

6.4.1一般要求

6.4.1.1疲勞裂紋擴展速率試驗應滿足5中的相關規(guī)定。

6.4.1.2試驗設備應滿足GB/T6398的相關要求。

6.4.1.3試樣的結(jié)構尺寸、取樣、制備應符合GB/T6398的相關規(guī)定。

6.4.1.4應在試樣的最終熱處理狀態(tài)下對其進行裂紋的預制，預制過程應符合GB/T6398的相關規(guī)定。

裂紋的預制可在空氣中進行，預制時所采用的波形和頻率可與疲勞裂紋擴展速率測試時所采用的波形和

頻率不同。

6.4.2試驗程序

6.4.2.1試驗的基本程序應符合GB/T6398的相關規(guī)定。

6.4.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后，應采用5.3.2中規(guī)定的方法對環(huán)境箱內(nèi)氣體進行置換。

6.4.2.3試驗中R值應為0.1±0.01，試驗頻率應為1Hz，加載波形應采用三角波或正弦波。

1/2

6.4.2.4試驗中應力強度因子的范圍宜為8~20MPa·m。

6.4.3試驗報告

試驗報告應包含以下內(nèi)容：

a)試驗材料的牌號、化學成分、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)構尺寸；

b)試驗壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗溫度；

c)裂紋長度的測量方法、測量精度，如果對裂紋長度的測量值進行了修正，應記錄所采用的修正

方法；

d)疲勞裂紋預制過程結(jié)束時的應力強度因子范圍△K、力值比R以及裂紋長度；

e)疲勞裂紋擴展試驗所采用的載荷幅值、力值比R、頻率、波形以及用于計算裂紋長度的數(shù)據(jù)；

f)數(shù)據(jù)分析方法，包括da/dN的計算方法和裂紋尺寸的修正方法；

g)da/dN與△K的關系曲線。

7

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AA

附錄A

（資料性附錄）

試驗設備主體的基本結(jié)構

金屬材料與高壓氫環(huán)境相容性試驗設備主體的結(jié)構示意圖見圖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。

拉壓伺服機構為試樣提供軸向力。

加載桿與拉壓伺服機構連接，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——拉壓伺服機構；3——試樣；4——環(huán)境箱；

5——載荷傳遞框；6——密封結(jié)構；

圖A.1試驗設備主體結(jié)構示意圖

_________________________________

8

GB/TXXXXX—XXXX

目次

前言................................................................................II

1范圍..............................................................................1

2規(guī)范性引用文件....................................................................1

3術語和定義........................................................................1

4符號..............................................................................2

5通用要求..........................................................................2

6試驗方法..........................................................................5

附錄A（資料性附錄）試驗設備主體的基本結(jié)構..........................................8

I

GB/TXXXXX—XXXX

氫氣儲存輸送系統(tǒng)

第2部分：金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗方法

1范圍

本標準規(guī)定了金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗的通用要求、試驗方法等。

本標準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性能的測定。

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金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T3075金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法

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：設備通用要求

GB4962氫氣使用安全技術規(guī)程

GB/T6398金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法

GB/T10623金屬材料力學性能試驗術語

GB/T15248金屬材料軸向等幅低循環(huán)疲勞試驗方法

GB/T21143金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法

GB/T29729氫系統(tǒng)安全的基本要求

GB50516加氫站技術規(guī)范

TSG21固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程

3術語和定義

GB/T10623界定的以及下列術語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)境下測試提供的密閉裝置。

3.2

內(nèi)部測量裝置internalloadcell

安裝于環(huán)境箱的內(nèi)部，用于測量加載桿軸向力、試樣變形等的裝置，其主要部件通常與氫氣直接接

觸。

3.3

外部測量裝置externalloadcell

1

GB/TXXXXX—XXXX

安裝于環(huán)境箱的外部，用于測量加載桿軸向力、橫梁位移等的裝置。

3.4

排放管ventpipe

試驗設備中用于直接向大氣中排放氣體的管道。

3.5

對比環(huán)境試驗referenceenvironmenttest

為了對比評價氫氣對材料性能的劣化程度而在大氣環(huán)境或惰性氣體環(huán)境下開展的材料性能試驗。

4符號

下列符號適用于本文件。

P——試驗壓力，MPa。

R——力值比，最小力與最大力之比。

T——試驗溫度，℃。

da/dN——疲勞裂紋擴展速率，力循環(huán)一次的疲勞裂紋擴展量，mm/cycle。

1/2

△K——應力強度因子范圍，最大與最小應力強度因子值之差，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)境相容性試驗設備主體的基本結(jié)構參見附錄A。

5.1.2如試驗設備連續(xù)15天以上未使用，再次使用時，應先采用惰性氣體對環(huán)境箱增壓至試驗壓力并

保壓10min以上，檢查無明顯泄漏后，方可進行試驗。

5.1.3應盡量減少對試樣的標距段進行冷加工。

5.1.4應采用適當?shù)姆椒ㄇ逑丛嚇颖砻娴挠臀酆碗s質(zhì)，試樣清洗后應妥善保存，不得用手直接接觸試

樣表面。

5.2試驗設備

5.2.1一般要求

5.2.1.1試驗設備應滿足GB/T29729的相關規(guī)定。

5.2.1.2在試驗壓力和試驗溫度范圍內(nèi)，試驗設備中與氫直接接觸部件所選用的材料應經(jīng)驗證與氫具

有良好的相容性。

5.2.1.3試驗設備宜具備溫度調(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試驗設備中所使用的電氣設備應設置防靜電接地裝置，并符合GB3836.1的相關規(guī)定。

5.2.1.5宜采用適當?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試驗設備還應滿足以下要求：

a)設置超壓泄放裝置、阻火器等安全附件；

b)能遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)的安全狀態(tài)及壓力、溫度等參數(shù)；

2

GB/TXXXXX—XXXX

c)當系統(tǒng)出現(xiàn)異常、故障或失靈時，應能自動啟動急停裝置，報警裝置應能及時報警。

5.2.1.7試驗設備的氣體排放系統(tǒng)應設置流量控制裝置，并滿足GB4962的有關規(guī)定。

5.2.1.8試驗設備排放管的設置應符合GB50516中的相關規(guī)定。

5.2.2環(huán)境箱

5.2.2.1環(huán)境箱的材料、設計、制造、使用管理、定期檢驗等應符合TSG21的相關規(guī)定。

5.2.2.2環(huán)境箱的設計應考慮疲勞載荷及氫氣對材料性能劣化的影響。

5.2.2.3環(huán)境箱的設計壽命（循環(huán)次數(shù)）不得低于預期使用年限內(nèi)的壓力循環(huán)次數(shù)。

5.2.2.4試驗結(jié)束后，環(huán)境箱內(nèi)應充裝適量的惰性氣體進行保護。

5.2.3測量裝置

5.2.3.1內(nèi)部測量裝置

5.2.3.1.1內(nèi)部測量裝置應能承受環(huán)境箱內(nèi)部的壓力載荷，并具備試驗所需的精度和分辨率。

5.2.3.1.2內(nèi)部測量裝置的電子元件在高壓(試驗設備的設計壓力)氫氣環(huán)境中應具有良好的穩(wěn)定性。

5.2.3.1.3應根據(jù)內(nèi)部測量裝置在高壓氫氣環(huán)境中輸出信號隨時間的漂移特性，選擇合適的時間區(qū)間

開展試驗，并對漂移特性作詳細的記錄。

5.2.3.2外部測量裝置

5.2.3.2.1當采用外部載荷測量裝置對試樣所受的軸向力進行測量時，應對該測量值做出修正，詳細

記錄修正方法，并提供文件說明。修正至少應考慮以下因素：

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，

則應逐個記錄相應試驗壓力下的摩擦力大小及變化規(guī)律。

5.2.3.2.2當采用外部位移測量裝置時，應考慮試驗機彈性變形對測量結(jié)果的影響，并應記錄消除該

影響的方法。

5.2.3.2.3疲勞試驗中不宜采用外部載荷測量裝置測量試樣所受的軸向力。

5.3試驗氣體

5.3.1氣源的純度

5.3.1.1充入環(huán)境箱的氫氣純度應大于或等于99.999%，其中雜質(zhì)的含量應滿足表1的要求。

表1氫氣中雜質(zhì)的含量

雜質(zhì)種類CO2+CON2O2碳氫化合物H2O

含量(體積分數(shù))/10-6≤2≤2≤1≤1≤3.5

5.3.1.2當選用惰性氣體進行對比環(huán)境試驗時，惰性氣體的純度應大于或者等于99.999%。

5.3.1.3當評價金屬材料與含氫混合氣體的相容性時，試驗用氣體的成分應滿足該材料服役環(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，則其值不應超過2×10-6（體積分數(shù)）。

3

GB/TXXXXX—XXXX

5.3.2置換

5.3.2.1試驗開始前，應對環(huán)境箱及供氫管路系統(tǒng)中的氣體進行置換。置換過程應使得試驗時氫氣純

度能夠滿足5.3.3的規(guī)定。

5.3.2.2當系統(tǒng)中設置采樣容器時,采樣容器及其與環(huán)境箱間的連接管路應與環(huán)境箱同時進行置換。

5.3.2.3置換過程應滿足以下規(guī)定：

a)應采用惰性氣體進行初次置換，之后再使用氫氣進行置換；

b)應根據(jù)試驗系統(tǒng)的情況確定置換過程，置換時氣體壓力不應超過之后的試驗壓力。

5.3.2.4置換過程中宜使用真空泵對環(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結(jié)束時,均應依據(jù)GB/T3634.2中的有關規(guī)定對環(huán)境箱內(nèi)的氫氣純度進行

檢測，氫氣中氧氣和水的體積分數(shù)應分別小于或等于2×10-6和10×10-6。

5.3.3.2當同時滿足以下條件時，在檢測后6個月內(nèi)可免除環(huán)境箱內(nèi)氫氣純度的檢測：

a)連續(xù)3次對環(huán)境箱內(nèi)的氧氣和水分含量的測定結(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)試驗氫氣含氧量和含水量的檢測

結(jié)果。

5.3.3.4當選用惰性氣體進行對比環(huán)境試驗時，應在試驗結(jié)束時對環(huán)境箱內(nèi)的氣體成分進行檢測，其

純度應滿足5.3.1.2的要求。

5.4試驗溫度

5.4.1試驗溫度應取材料在預期工作溫度范圍內(nèi)性能受氫氣劣化作用最嚴重時的溫度值。

5.4.2試驗過程中應監(jiān)測并詳細記錄環(huán)境箱內(nèi)的溫度變化。

5.4.3試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應在（T±5）℃的范圍內(nèi)。

5.4.4幾類常用金屬材料的推薦試驗溫度參見表2。

表2幾類常用金屬材料的推薦試驗溫度

300系列不銹碳鋼和低合

合金種類鎳基合金鋁合金

鋼金鋼

推薦試驗溫度-53℃室溫室溫室溫

5.4.5當采用惰性氣體或空氣進行對比環(huán)境試驗時，試驗溫度應與相應的高壓氫環(huán)境相容性試驗溫度

相同，且試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的溫度應滿足5.4.3的規(guī)定。

5.5試驗壓力

5.5.1材料的試驗壓力P應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當環(huán)境箱內(nèi)氫氣加壓至試驗壓力后，應保壓至少10min，然后再進行試驗。

4

GB/TXXXXX—XXXX

5.5.3試驗過程中應監(jiān)測并記錄環(huán)境箱內(nèi)的壓力變化。

5.5.4試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應保持在（1±0.05）P的范圍內(nèi)。

5.5.5試驗過程中可啟動增壓裝置對環(huán)境箱內(nèi)氫氣進行補壓。

5.5.6當采用惰性氣體進行對比環(huán)境試驗時，試驗壓力應與相應的高壓氫環(huán)境相容性試驗壓力相同，

且試驗過程中環(huán)境箱內(nèi)的壓力應滿足5.5.4的規(guī)定。

6試驗方法

6.1慢應變速率拉伸試驗

6.1.1一般要求

6.1.1.1慢應變速率拉伸試驗應滿足5中的相關規(guī)定。

6.1.1.2試驗設備應滿足GB/T228.1的相關要求。

6.1.1.3慢應變速率拉伸試驗可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣；光滑圓棒試樣的結(jié)構尺寸以及制備

應符合GB/T228.1的相關規(guī)定；帶缺口圓棒試樣應采用標準帶缺口試樣（見圖1），或采用缺口應力

集中系數(shù)大于3的帶缺口試樣。

圖1標準帶缺口試樣

6.1.1.4慢應變速率拉伸試驗宜采用引伸計對試樣標距段的應變進行測量。

6.1.2試驗程序

6.1.2.1試驗的基本程序應符合GB/T228.1的相關規(guī)定。

6.1.2.2裝夾好試樣并將環(huán)境箱密閉固定后，應采用5.3.2中規(guī)定的方法對環(huán)境箱內(nèi)氣體進行置換。

6.1.2.3試驗應以恒位移速率進行。對于光滑圓棒試樣，其標距段的應變速率應不超過2×10-5s-1；

對于帶缺口試樣，其以缺口為中心的長度為25mm試樣段的平均應變速率應不超過2×10-6s-1。

6.1.2.4試驗結(jié)束后，應對試樣進行測量和斷口檢測。

6.1.3試驗報告

試驗報告應包含以下內(nèi)容：

a)試驗材料的牌號、化學成分、熱處理工藝、產(chǎn)品規(guī)格、取樣位置及方位、試樣的結(jié)構尺寸；

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b)試驗壓力、氣體純度及雜質(zhì)含量、試驗溫度；

c)試驗過程中試樣的應變速率；

d)試驗過程中的應力-應變曲線；

e)依據(jù)GB/T228.1確定的試樣的屈服強度、屈服點的判定方法、抗拉強度、伸長率、斷面收縮

率；

f)其它試驗結(jié)果。

6.2疲勞壽命試驗

6.2.1一般要求

6.2.1.1疲勞壽命試驗應滿足5中的相關規(guī)定。

6.2.1.2疲勞壽命試驗可采用力控制或應變控制。當采用力控制時，試驗設備應滿足GB/T3075的相

關規(guī)定；當采用應變控制時，試驗設備應滿足GB/T15248的相關規(guī)定。

6.2.1.3疲勞壽命試驗可采用光滑圓棒試樣或帶缺口試樣。采用力控制時，光滑圓棒試樣的結(jié)構尺寸

應符合GB/T3075的相關規(guī)定；采用應變控制時，光滑圓棒試樣的結(jié)構尺寸應符合GB/T15248的相關

規(guī)定。帶缺口圓棒試樣應采用標準帶缺口試樣（見圖1），或采用缺口應力集中系數(shù)大于或等于3的帶

缺口試樣。

6.2.2試驗程序

6.2.2.1采用力控制時，試驗的基本程序應符合GB/T3075的相關規(guī)定；采用應變控制時，試驗的基

本程序應符合GB/T1524