GB-T氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng) 第3部分 金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法

ICS27.180

F19

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)

第3部分：金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法

Storageandtransportationsystemsforgaseoushydrogen

Part3:TestMethodforDeterminationoftheSusceptibilityofMetallicMaterialsto

HydrogenGasEmbrittlement(HGE)

點(diǎn)擊此處添加與國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識(shí)

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本標(biāo)準(zhǔn)GB/TXXXX《氫氣儲(chǔ)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(yàn)方法；

—第3部分：金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法；

—第4部分：氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)技術(shù)要求；

—第5部分：氫氣輸送系統(tǒng)技術(shù)要求；

—第6部分：氫氣壓縮系統(tǒng)技術(shù)要求；

—第7部分：氫氣充裝系統(tǒng)技術(shù)要求；

—第8部分：防火防爆技術(shù)要求。

本部分為GB/TXXXX的第3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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（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(chǔ)存輸送系統(tǒng)

第3部分：金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)的試驗(yàn)原理、一般要求、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)程序、氫脆

敏感度評(píng)價(jià)方法和試驗(yàn)報(bào)告。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于金屬材料氫脆敏感度的分類判定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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/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(shè)備通用要求

GB/T4844純氦、高純氦和超純氦

GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語

GB/T29729氫系統(tǒng)安全的基本要求

3術(shù)語、定義和符號(hào)

3.1術(shù)語和定義

GB/T10623界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1.1

對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)referenceenvironmenttest

為了對(duì)比評(píng)價(jià)氫氣對(duì)材料性能的劣化程度，而在惰性氣體環(huán)境下開展的試驗(yàn)。

3.1.2

平面度flatness

圓盤試樣具有的凹凸高度相對(duì)理想平面的偏差值。

3.1.3

試驗(yàn)溫度testtemperature

試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)設(shè)備安裝位置的環(huán)境溫度。

3.2符號(hào)

下列符號(hào)適用于本文件。

1

GB/TXXXXX—XXXX

em——圓盤試樣平均厚度（試樣上相隔90o的四個(gè)點(diǎn)厚度的平均值），mm；

Pr——爆破壓力，MPa；

'

Pr——修正爆破壓力，MPa；

PrHe——氦氣環(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

P

rH2——?dú)錃猸h(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

'

PrHe——修正氦氣環(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

P'

rH2——修正氫氣環(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

t——試驗(yàn)時(shí)間，min；

UHe——氦氣環(huán)境試驗(yàn)的平均升壓速率，MPa/min；

U

H2——?dú)錃猸h(huán)境試驗(yàn)的平均升壓速率，MPa/min。

4試驗(yàn)原理

將圓盤試樣安裝于試驗(yàn)設(shè)備夾持腔內(nèi)，通入氫氣，以恒定速率增加氣體壓力，直至試件爆破，記錄

爆破壓力Pr。選擇氦氣進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)，通過比較氫氣環(huán)境下的爆破壓力與氦氣環(huán)境下的爆破壓力，

評(píng)價(jià)材料的氫脆敏感度。

5一般要求

5.1試驗(yàn)用氫氣的純度應(yīng)大于或等于99.999%，其中雜質(zhì)的含量應(yīng)滿足表1的要求。

表1試驗(yàn)用氫氣中雜質(zhì)的含量

雜質(zhì)種類CO2+CON2O2碳?xì)浠衔颒2O

含量(體積分

≤2≤2≤1≤1≤3.5

數(shù))/10-6

5.2試驗(yàn)用氦氣的純度應(yīng)大于或等于99.999%，其中水分含量應(yīng)小于3.5×10-6（體積分?jǐn)?shù)）。

5.3試驗(yàn)應(yīng)在室溫下進(jìn)行；對(duì)于同一材料的一組氫脆敏感度試驗(yàn)，所有試驗(yàn)溫度值最大相差不應(yīng)超過

5℃。

5.4同一材料的一組氫脆敏感度試驗(yàn)至少應(yīng)包括9個(gè)氫氣環(huán)境試驗(yàn)，以及6個(gè)氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)，每

個(gè)試驗(yàn)應(yīng)全程盡可能保持恒定的升壓速率。

5.56個(gè)氫氣環(huán)境試驗(yàn)或6個(gè)氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)選取的試驗(yàn)升壓速率應(yīng)在0.01100MPa/min之間均勻

分布，推薦的升壓速率為:0.01MPa/min、0.1MPa/min、1MPa/min、10MPa/min、50MPa/min、100MPa/min；

其余3個(gè)氫氣環(huán)境試驗(yàn)升壓速率應(yīng)等于或接近上述氫氣環(huán)境中產(chǎn)生最低爆破壓力的升壓速率。

6試驗(yàn)設(shè)備

6.1氫脆敏感性試驗(yàn)設(shè)備主體的結(jié)構(gòu)示意圖參見附錄A。

6.2試驗(yàn)設(shè)備中與氫氣直接接觸的材料均應(yīng)采用抗氫脆性能良好的材料制造。

6.3試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合GB/T29729的相關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)設(shè)備中的電氣部件應(yīng)符合GB3836.1的相關(guān)規(guī)定。

6.4圓盤試樣上方應(yīng)設(shè)置有高強(qiáng)鋼壓環(huán)，材料的室溫抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于1100MPa。

6.5高強(qiáng)鋼壓環(huán)的內(nèi)徑為25.5mm；壓環(huán)與試樣接觸面的內(nèi)圓處應(yīng)設(shè)倒圓角，曲率半徑為0.5mm。

2

GB/TXXXXX—XXXX

6.6對(duì)于氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)和升壓速率大于1MPa/min的氫氣環(huán)境試驗(yàn)，應(yīng)使用橡膠O型圈；對(duì)于升壓

速率小于或等于1MPa/min的氫氣環(huán)境試驗(yàn)，應(yīng)使用銦制O型圈。

6.7進(jìn)氣管路中應(yīng)設(shè)置流量控制閥。

6.8試驗(yàn)用壓力表的精度等級(jí)不得低于1.6級(jí)。

7圓盤試樣

7.1同一金屬材料，同一組氫脆敏感度試驗(yàn)的所有圓盤試樣的熱處理狀態(tài)應(yīng)相同。

7.2圓盤試樣的尺寸應(yīng)滿足以下要求：

0

a)直徑為Φ58?0.5mm；

b)厚度為0.75±0.005mm；

c)平面度小于0.1mm。

7.3圓盤試樣的表面粗糙度高度參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差Ra應(yīng)小于1μm。

7.4圓盤試樣加工過程不應(yīng)改變材料原有的性能。

7.5圓盤試樣表面不得出現(xiàn)油污等雜質(zhì)。

7.6試驗(yàn)前，圓盤試樣應(yīng)保存于水分含量小于或等于5×10-6（體積分?jǐn)?shù)）的干燥環(huán)境中。

8試驗(yàn)程序

8.1試驗(yàn)設(shè)備充氫或充氦前，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)腔體及管路系統(tǒng)中的氣體進(jìn)行置換。

8.2置換過程應(yīng)滿足以下規(guī)定：

a)先采用惰性氣體進(jìn)行置換；

b)隨后采用試驗(yàn)氣體（氫氣或氦氣）進(jìn)行置換；

c)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的具體情況確定置換次數(shù)，但應(yīng)確保試驗(yàn)腔體內(nèi)氣體的純度滿足5中的規(guī)定。

8.3置換過程中宜配合使用真空泵對(duì)試驗(yàn)腔體及管路進(jìn)行抽真空。

8.4試驗(yàn)開始前，應(yīng)抽樣檢查試驗(yàn)腔體內(nèi)的氣體純度；氣體純度應(yīng)滿足5中的規(guī)定。

8.5取樣氫氣中雜質(zhì)含量的檢測(cè)應(yīng)符合GB/T3634.2的有關(guān)規(guī)定；氦氣中雜質(zhì)含量的檢測(cè)應(yīng)符合GB/T

4844的有關(guān)規(guī)定。

8.6調(diào)整進(jìn)氣口氣體流量，使試驗(yàn)腔體內(nèi)達(dá)到設(shè)定的升壓速率；保持恒定的升壓速率對(duì)試驗(yàn)腔體進(jìn)行

加壓。

8.7試驗(yàn)過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)腔體內(nèi)的升壓速率，并記錄圓盤試樣的爆破壓力Pr和試驗(yàn)時(shí)間t。

9氫脆敏感度評(píng)價(jià)

9.1修正爆破壓力

修正爆破壓力按式（1）計(jì)算：

'0.75Pr

Pr=.......................................(1)

em

9.2平均升壓速率

平均升壓速率U按式（2）計(jì)算：

3

GB/TXXXXX—XXXX

P

U=r..........................................(2)

t

9.3氫脆敏感度

9.3.1根據(jù)氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)中的6個(gè)試驗(yàn)結(jié)果，按式1和式2分別計(jì)算每個(gè)試驗(yàn)的氦氣修正爆破壓

''

力PrHe和氦氣平均升壓速率UHe，通過線性回歸，獲得PrHe和lgUHe的線性關(guān)系。

P'U

9.3.2根據(jù)氫氣環(huán)境試驗(yàn)中的9個(gè)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算每個(gè)試驗(yàn)的修正爆破壓力rH2和平均升壓速率H2，

U'PP''/

再按9.3.1中獲得的線性關(guān)系，確定每個(gè)H2對(duì)應(yīng)的PrHe，然后分別計(jì)算rHerH2，得到9個(gè)比值。

PP''/

9.3.3取9.3.2中獲得的9個(gè)rHerH2比值中的最大值，作為氫脆系數(shù)，用于評(píng)定材料的氫脆敏感度。

如果該值等于1，則材料氫脆不敏感；如果該值大于或等于2，則材料氫脆敏感，不得用于制造臨氫的

零部件；如果該值在1~2之間，則制造臨氫的承載件時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，進(jìn)一步定量確定設(shè)計(jì)

所需的材料在氫氣環(huán)境下的性能。

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

d)材料的化學(xué)成分、熱處理方式、維氏硬度等；

e)圓盤試樣的尺寸；

f)圓盤試樣的維氏硬度；

g)氣源及試驗(yàn)腔體內(nèi)氣體的純度；

h)圓盤試樣的爆破壓力；

i)試驗(yàn)時(shí)間；

PP''/

j)rHerH2的比值和氫脆系數(shù)。

4

GB/TXXXXX—XXXX

AA

附錄A

（資料性附錄）

試驗(yàn)設(shè)備主體的基本結(jié)構(gòu)

氫脆敏感性試驗(yàn)設(shè)備主體的結(jié)構(gòu)示意圖見圖A.1所示。

設(shè)備由上法蘭、下法蘭、進(jìn)氣口、排氣口、壓環(huán)、O型圈等組成。

1——抽真空、流量調(diào)節(jié)口；2——排氣口；3——上法蘭；4——螺栓孔；5——壓環(huán)；

6——圓盤試樣；7——O型圈；8——下法蘭；9——進(jìn)氣口；10——試驗(yàn)腔體。

圖A.1試驗(yàn)設(shè)備主體結(jié)構(gòu)示意圖

_________________________________

5

GB/TXXXXX—XXXX

目次

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

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

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

3術(shù)語、定義和符號(hào)..................................................................1

4試驗(yàn)原理..........................................................................2

5一般要求..........................................................................2

6試驗(yàn)設(shè)備..........................................................................2

7圓盤試樣..........................................................................3

8試驗(yàn)程序..........................................................................3

9氫脆敏感度評(píng)價(jià)....................................................................3

10試驗(yàn)報(bào)告.........................................................................4

附錄A（資料性附錄）試驗(yàn)設(shè)備主體的基本結(jié)構(gòu)..........................................5

I

GB/TXXXXX—XXXX

氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)

第3部分：金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)的試驗(yàn)原理、一般要求、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)程序、氫脆

敏感度評(píng)價(jià)方法和試驗(yàn)報(bào)告。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于金屬材料氫脆敏感度的分類判定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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/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(shè)備通用要求

GB/T4844純氦、高純氦和超純氦

GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語

GB/T29729氫系統(tǒng)安全的基本要求

3術(shù)語、定義和符號(hào)

3.1術(shù)語和定義

GB/T10623界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1.1

對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)referenceenvironmenttest

為了對(duì)比評(píng)價(jià)氫氣對(duì)材料性能的劣化程度，而在惰性氣體環(huán)境下開展的試驗(yàn)。

3.1.2

平面度flatness

圓盤試樣具有的凹凸高度相對(duì)理想平面的偏差值。

3.1.3

試驗(yàn)溫度testtemperature

試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)設(shè)備安裝位置的環(huán)境溫度。

3.2符號(hào)

下列符號(hào)適用于本文件。

1

GB/TXXXXX—XXXX

em——圓盤試樣平均厚度（試樣上相隔90o的四個(gè)點(diǎn)厚度的平均值），mm；

Pr——爆破壓力，MPa；

'

Pr——修正爆破壓力，MPa；

PrHe——氦氣環(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

P

rH2——?dú)錃猸h(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

'

PrHe——修正氦氣環(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

P'

rH2——修正氫氣環(huán)境試驗(yàn)爆破壓力，MPa；

t——試驗(yàn)時(shí)間，min；

UHe——氦氣環(huán)境試驗(yàn)的平均升壓速率，MPa/min；

U

H2——?dú)錃猸h(huán)境試驗(yàn)的平均升壓速率，MPa/min。

4試驗(yàn)原理

將圓盤試樣安裝于試驗(yàn)設(shè)備夾持腔內(nèi)，通入氫氣，以恒定速率增加氣體壓力，直至試件爆破，記錄

爆破壓力Pr。選擇氦氣進(jìn)行對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)，通過比較氫氣環(huán)境下的爆破壓力與氦氣環(huán)境下的爆破壓力，

評(píng)價(jià)材料的氫脆敏感度。

5一般要求

5.1試驗(yàn)用氫氣的純度應(yīng)大于或等于99.999%，其中雜質(zhì)的含量應(yīng)滿足表1的要求。

表1試驗(yàn)用氫氣中雜質(zhì)的含量

雜質(zhì)種類CO2+CON2O2碳?xì)浠衔颒2O

含量(體積分

≤2≤2≤1≤1≤3.5

數(shù))/10-6

5.2試驗(yàn)用氦氣的純度應(yīng)大于或等于99.999%，其中水分含量應(yīng)小于3.5×10-6（體積分?jǐn)?shù)）。

5.3試驗(yàn)應(yīng)在室溫下進(jìn)行；對(duì)于同一材料的一組氫脆敏感度試驗(yàn)，所有試驗(yàn)溫度值最大相差不應(yīng)超過

5℃。

5.4同一材料的一組氫脆敏感度試驗(yàn)至少應(yīng)包括9個(gè)氫氣環(huán)境試驗(yàn)，以及6個(gè)氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)，每

個(gè)試驗(yàn)應(yīng)全程盡可能保持恒定的升壓速率。

5.56個(gè)氫氣環(huán)境試驗(yàn)或6個(gè)氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)選取的試驗(yàn)升壓速率應(yīng)在0.01100MPa/min之間均勻

分布，推薦的升壓速率為:0.01MPa/min、0.1MPa/min、1MPa/min、10MPa/min、50MPa/min、100MPa/min；

其余3個(gè)氫氣環(huán)境試驗(yàn)升壓速率應(yīng)等于或接近上述氫氣環(huán)境中產(chǎn)生最低爆破壓力的升壓速率。

6試驗(yàn)設(shè)備

6.1氫脆敏感性試驗(yàn)設(shè)備主體的結(jié)構(gòu)示意圖參見附錄A。

6.2試驗(yàn)設(shè)備中與氫氣直接接觸的材料均應(yīng)采用抗氫脆性能良好的材料制造。

6.3試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合GB/T29729的相關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)設(shè)備中的電氣部件應(yīng)符合GB3836.1的相關(guān)規(guī)定。

6.4圓盤試樣上方應(yīng)設(shè)置有高強(qiáng)鋼壓環(huán)，材料的室溫抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于1100MPa。

6.5高強(qiáng)鋼壓環(huán)的內(nèi)徑為25.5mm；壓環(huán)與試樣接觸面的內(nèi)圓處應(yīng)設(shè)倒圓角，曲率半徑為0.5mm。

2

GB/TXXXXX—XXXX

6.6對(duì)于氦氣對(duì)比環(huán)境試驗(yàn)和升壓速率大于1MPa/min的氫氣環(huán)境試驗(yàn)，應(yīng)使用橡膠O型圈；對(duì)于升壓

速率小于或等于1MPa/min的氫氣環(huán)境試驗(yàn)，應(yīng)使用銦制O型圈。

6.7進(jìn)氣管路中應(yīng)設(shè)置流量控制閥。

6.8試驗(yàn)用壓力表的精度等級(jí)不得低于1.6級(jí)。

7圓盤試樣

7.1同一金屬材料，同一組氫脆敏感度試驗(yàn)的所有圓盤試樣的熱處理狀態(tài)應(yīng)相同。

7.2圓盤試樣的尺寸應(yīng)滿足以下要求：

0

a)直徑為Φ58?0.5mm；

b)厚度為0.75±0.005mm；

c)平面度小于0.1mm。

7.3圓盤試樣的表面粗糙度高度參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差Ra應(yīng)小于1μm。

7.4圓盤試樣加工過程不應(yīng)改變材料原有的性能。

7.5圓盤試樣表面不得出現(xiàn)油污等雜質(zhì)。

7.6試驗(yàn)前，圓盤試樣應(yīng)保存于水分含量小于或等于5×10-6（體積分?jǐn)?shù)）的干燥環(huán)境中。

8試驗(yàn)程序

8.1試驗(yàn)設(shè)備充氫或充氦前，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)腔體及管路系統(tǒng)中的氣體進(jìn)行置換。

8.2置換過程應(yīng)滿足以下規(guī)定：

a)先采用惰性氣體進(jìn)行置換；

b)隨后采用試驗(yàn)氣體（氫氣或氦氣）進(jìn)行置換；

c)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的具體情況確定置換次數(shù)，但應(yīng)確保試驗(yàn)腔體內(nèi)氣體的純度滿足5中的規(guī)定。

8.3置換過程中宜配合使用真空泵對(duì)試驗(yàn)腔體及管路進(jìn)行抽真空。

8.4試驗(yàn)開始前，應(yīng)抽樣檢查試驗(yàn)腔體內(nèi)的氣體純度；氣體純度應(yīng)滿足5中的規(guī)定。

8.5取樣氫氣中雜質(zhì)含量的檢測(cè)應(yīng)符合GB/T3634.2的有關(guān)規(guī)定；氦氣中雜質(zhì)含量的檢測(cè)應(yīng)符合GB/T

4844的有關(guān)規(guī)定。

8.6調(diào)整進(jìn)氣口氣體流量，使試驗(yàn)腔體內(nèi)達(dá)到設(shè)定的升壓速率；保持恒定的升壓速率對(duì)試驗(yàn)腔體進(jìn)行

加壓。

8.7試驗(yàn)過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)腔體內(nèi)的升壓速率，并記錄圓盤試樣的爆破壓力Pr和試驗(yàn)時(shí)間t。

9氫脆敏感度評(píng)價(jià)

9.1修正爆破壓力

修正爆破壓力按式（1）計(jì)算：

'0.75Pr

Pr=.......................................(1)

em

9.2平均升