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ICS77.040.99GB/T39039—2020(ISO16573:2015,Steel—Measurementmethodfortheevaluationofhydrogenembrittlementresistanceofhighstrengthsteels,MOD)國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T39039—2020前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 2 3 4 5 6 810氫含量測量 911試驗(yàn)報(bào)告 9附錄A(資料性附錄)本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015相比的結(jié)構(gòu)變化情況 附錄B(資料性附錄)本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015技術(shù)性差異及其原因 ⅢGB/T39039—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015相比在結(jié)構(gòu)上有調(diào)整,附錄A中列出了本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015的章本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015相比存在技術(shù)性差異,這些差異涉及的條款已通過在其外側(cè)頁邊空白位本標(biāo)準(zhǔn)由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC183)歸口。1GB/T39039—2020高強(qiáng)度鋼氫致延遲斷裂評價(jià)方法1范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于抗拉強(qiáng)度不低于800MPa的高強(qiáng)度鋼??估瓘?qiáng)度低于800MPa的高強(qiáng)度鋼可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(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(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法(GB/T228.1-2010,ISO6892-1:2009,MOD)GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備(GB/T2975—2018,ISO377:2017,MOD)下列術(shù)語和定義適用于本文件??蓴U(kuò)散氫含量diffusiblehydrogencontent試樣中室溫下可以擴(kuò)散的氫的含量。臨界氫含量criticalhydrogencontent在規(guī)定應(yīng)力(0.9倍的抗拉強(qiáng)度或0.9倍的缺口抗拉強(qiáng)度)下,經(jīng)歷規(guī)定時(shí)間剛好不發(fā)生延遲斷裂缺口抗拉強(qiáng)度notchtensilestrength;NTS缺口試樣拉伸試驗(yàn)期間的最大力與缺口處原始橫截面面積的比值。斷裂應(yīng)力比fracturestressratio充氫試樣的抗拉強(qiáng)度(或缺口抗拉強(qiáng)度)與未充氫試樣的抗拉強(qiáng)度(或缺口抗拉強(qiáng)度)的比值。恒載荷拉伸試驗(yàn)constantloadtensiletest;CLT試樣拉伸載荷恒定的一種拉伸試驗(yàn)方法。慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)slowstrainratetensiletest;SSRT試樣拉伸應(yīng)變速率一般低于10-?/s的一種拉伸試驗(yàn)方法。2GB/T39039—20204原理力比與氫含量的關(guān)系、以及臨界氫含量等來評價(jià)高強(qiáng)度鋼的氫致延遲斷裂敏感性。也可采用材料的塑性指標(biāo)(斷后延伸率、斷面收縮率)與氫含量的關(guān)系來評價(jià)。在相同氫含量下斷裂應(yīng)力比越高或斷裂時(shí)感性越低。本方法可以對具有不同成分或顯微組織的高強(qiáng)度鋼的氫致延遲斷裂敏感性進(jìn)行定性比較。伸試驗(yàn)。試樣過程示意圖見圖1。預(yù)充氫鍍層恒載荷拉伸試驗(yàn)連續(xù)充氫慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)斷后試樣處理氫含量測量試驗(yàn)報(bào)告4.2預(yù)充氫3GB/T39039—2020規(guī)定的截止時(shí)間(100h,需要時(shí)也可以200h或更長),對斷裂試樣(或未斷試樣)處理后測量氫含量,重拉斷,獲得充氫試樣的抗拉強(qiáng)度(光滑試樣)或缺口抗拉強(qiáng)度(缺口試樣),計(jì)算斷裂應(yīng)力比,重復(fù)以上試4.3連續(xù)充氫力比)試驗(yàn)條件下拉伸一定時(shí)間直至斷裂以獲得斷裂時(shí)間,或者到規(guī)定的截止時(shí)間(100h,需要時(shí)也可含量的關(guān)系。也可以采用慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)方法,將連續(xù)充氫試樣拉斷,獲得充氫試樣的抗拉強(qiáng)度(光滑試樣)或缺口抗拉強(qiáng)度(缺口試樣),計(jì)算斷裂應(yīng)力比,重復(fù)以上試驗(yàn),可以得出斷裂應(yīng)力或斷裂應(yīng)力比與氫含量的關(guān)系。連續(xù)充氫方法比較適合于酸性溶液浸泡充氫、大氣腐蝕環(huán)境中充氫以及高壓氫5試樣5.1取樣部位按照GB/T2975規(guī)定執(zhí)行。5.2推薦采用光滑試樣、缺口試樣、板狀試樣三種中的一種(見圖2),試樣幾何尺寸參數(shù)見表1。條件a)光滑試樣b)缺口試樣圖2試樣形狀及尺寸4GB/T39039—2020ao——試樣的厚度;L,——試樣總長度。參數(shù)光滑試樣缺口試樣板狀試樣°Dp/D0.02,0.03L./D57·板狀試樣其他尺寸應(yīng)符合GB/T228.1的要求。6充氫充氫方式可以采用預(yù)充氫或者連續(xù)充氫??刹捎靡韵滤姆N充氫方法:電化學(xué)充氫、酸性溶液6.2電化學(xué)充氫6.2.1推薦的電化學(xué)充氫溶液成分見表2。溶液1適合于引入較低氫含量,溶液2適合于引入較高氫含量,溶液3適合于引入更高氫含量。5GB/T39039—2020溶液組分濃度或加入量備注1NaOH適合于低氫含量2NaCI適合于較高氫含量NH?SCN3H?SO0.01mol/L,0.05mol/L適合于更高氫含量NH?SCN6.2.2電化學(xué)充氫的電流密度、充氫時(shí)間等參數(shù)根據(jù)氫含量需要確定。推薦電流密度為0A/m2~20A/m2。對高強(qiáng)螺栓鋼,推薦采用溶液1或溶液2,充氫48h。6.3酸性溶液中浸泡充氫對于酸性溶液中浸泡充氫,通常使用HCl溶液或加入CH?COOH/CH?COONa緩沖劑的HCl溶液。浸入時(shí)間應(yīng)根據(jù)被測材料的試樣尺寸和氫擴(kuò)散系數(shù)確定。6.4大氣腐蝕環(huán)境中充氫對于大氣腐蝕環(huán)境中的充氫,通過鹽霧試驗(yàn)(SST)或循環(huán)腐蝕試驗(yàn)(CCT)進(jìn)行。循環(huán)腐蝕試驗(yàn)包括鹽霧、干燥和加濕等階段。表3中列出了推薦CCT試驗(yàn)過程和試驗(yàn)條件。表3推薦的循環(huán)腐蝕試驗(yàn)過程步驟條件時(shí)間/h鹽霧5%NaCl,35℃2干燥濕度20%~30%,60℃4加濕濕度≥95%,50℃26.5高壓氫氣中充氫時(shí)間應(yīng)根據(jù)被測試材料的試樣尺寸和氫擴(kuò)散系數(shù)確定。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)非常小心。由于該試驗(yàn)的危險(xiǎn)性建議盡量不采用。7鍍層在預(yù)充氫后,可對試樣進(jìn)行表面鍍鋅,以防止氫逸出。鍍鋅溶液按表4配制,鍍鋅溶液pH值宜控制在5~6,電流和時(shí)間等參數(shù)依據(jù)需要確定,鍍鋅層厚度應(yīng)至少為15μ6GB/T39039—2020表4鍍鋅溶液組元及其含量溶液組元類型含量鍍鋅溶液ZnCl?溶質(zhì)KCl溶質(zhì)H?BO?溶質(zhì)十二烷硫酸鈉溶質(zhì)H?O(蒸餾)溶劑8拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)分恒載荷拉伸試驗(yàn)和慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)兩種。8.2恒載荷拉伸試驗(yàn)a)使用適當(dāng)?shù)膴A具以一定的應(yīng)力對試樣進(jìn)行單軸拉伸加載;b)在恒載荷下將試樣拉伸至斷裂;c)記錄斷裂時(shí)間,如果試樣100h(需要時(shí)可以200h或更長)不斷裂則認(rèn)為其不會斷裂,停止d)恒載荷拉伸試驗(yàn)后,按第9章對斷后試樣進(jìn)行處理,并按第10章測量氫含量;e)重復(fù)a)~d),直至獲得斷裂應(yīng)力比為0.9時(shí)對應(yīng)的氫含量,即臨界氫含量,或者獲得斷裂時(shí)間f)記錄試驗(yàn)結(jié)果。8.2.4試驗(yàn)結(jié)果通過在一定應(yīng)力比下的斷裂時(shí)間與氫含量的關(guān)系(見圖3)或在一定氫含量下斷裂時(shí)間與應(yīng)力比的關(guān)系來表達(dá)(見圖4)。7GB/T39039—2020YX8GB/T39039—2020a)使用適當(dāng)?shù)膴A具對試樣進(jìn)行單軸拉伸加載;b)在慢應(yīng)變速率下將試樣拉伸至斷裂;c)記錄斷裂應(yīng)力;d)慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)后,按第9章對斷后試樣進(jìn)行處理,并按第10章測量氫含量;e)重復(fù)a)~d),直至獲得斷裂應(yīng)力比為0.9時(shí)對應(yīng)的氫含量,即臨界氫含量,或者獲得斷裂應(yīng)力(斷裂應(yīng)力比)與氫含量的關(guān)系;f)記錄試驗(yàn)結(jié)果。8.3.2拉伸應(yīng)變速率應(yīng)低于10-?/s。8.3.4試驗(yàn)結(jié)果通過斷裂應(yīng)力(斷裂應(yīng)力比)與氫含量關(guān)系來表達(dá),見圖5。X圖5慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)結(jié)果(斷裂應(yīng)力-氫含量)9斷后試樣處理a)將斷裂試樣保存在液氮中以防止氫逸出;b)距離斷口附近切取用于氫含量測量的試樣,見圖6;c)切取后的試樣需用丙酮超聲清洗后立即進(jìn)行測量,否則需保存在液氮中以防止氫逸出。9GB/T39039—2020單位為毫米a)光滑試樣b)缺口試樣c)板狀試樣圖6切取氫含量測量試樣示意圖9.3未斷試樣需要測量氫含量時(shí),可參考10氫含量測量10.1采用升溫脫氫分析方法(TDS法)測量試樣中的氫含量,具體測量要求如下:a)測量前需對試樣進(jìn)行超聲清洗;b)測氫試樣準(zhǔn)備(從液氮中取出、清洗等)至開始測量時(shí)間不超過0.5h,并且盡量保持一致;c)在一般情況下,可擴(kuò)散氫根據(jù)氫脫附曲線的第一個(gè)峰計(jì)算;當(dāng)?shù)陀?00℃下觀察到幾個(gè)峰,可擴(kuò)散氫可以通過所有峰求和計(jì)算;d)推薦的加熱速率為100℃/h。11試驗(yàn)報(bào)告a)本標(biāo)準(zhǔn)編號;c)試樣的類型(形狀和尺寸);f)測氫方法和條件(如TDS測氫加熱速率等);g)恒載荷拉伸試驗(yàn)結(jié)果(特定應(yīng)力比下的斷裂時(shí)間與氫含量的關(guān)系h)慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)結(jié)果(斷裂應(yīng)力或斷裂應(yīng)力比與氫含量的關(guān)系);i)試驗(yàn)員和試驗(yàn)日期等信息。GB/T39039—2020本標(biāo)準(zhǔn)章條號對應(yīng)的ISO16573:2015章條編號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(續(xù))本標(biāo)準(zhǔn)章條號對應(yīng)的ISO16573:2015章條編號9GB/T39039—2020本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015技術(shù)性差異及其原因表B.1給出了本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015相應(yīng)技術(shù)性差異及其原因。表B.1本標(biāo)準(zhǔn)與ISO16573:2015相應(yīng)技術(shù)性差異及其原因本標(biāo)準(zhǔn)章條號技術(shù)性差異原因1ISO16573:2015主要適用于螺栓鋼,但無明確的強(qiáng)度規(guī)定;本標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了適用鋼的強(qiáng)度,即適用于強(qiáng)度為800MPa以上的高強(qiáng)度鋼,800MPa以下也可參考采用不僅高強(qiáng)度螺栓鋼會發(fā)生氫致延遲斷裂,其他高強(qiáng)度鋼(如彈簧鋼、軸用鋼)也常發(fā)生延遲斷裂,因此沒必要明確主要適用于螺栓鋼;延遲斷裂與鋼的強(qiáng)度密切相關(guān),通常當(dāng)鋼的強(qiáng)度高于800MPa鋼時(shí)才發(fā)生,因此本標(biāo)準(zhǔn)明確適用鋼的強(qiáng)度范圍反而更有利于標(biāo)準(zhǔn)的針對性2關(guān)于規(guī)范性引用文件,本標(biāo)準(zhǔn)做了技術(shù)性差異的調(diào)整,調(diào)整的情況集中反映在第2——增加引用了GB/T2975(見5.1);——增加引用了GB/T228.1(見表1)因5.1取樣方法引用了GB/T2975以及板狀試樣引用了GB/T228.13本標(biāo)準(zhǔn)增加了術(shù)語和定義及“慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)”等六個(gè)術(shù)語及定義4ISO16573:2015只有通過斷裂時(shí)間和氫含量的關(guān)系、斷裂時(shí)間和應(yīng)力比的關(guān)系兩種評價(jià)方法;本標(biāo)準(zhǔn)增加了斷裂應(yīng)力比和氫含量的關(guān)系、臨界氫含量方法通過恒載荷拉伸試驗(yàn),需要大量的試驗(yàn)才能得到斷裂應(yīng)力比和氫含量的關(guān)系,而通過慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)方法,比較容易獲得斷裂應(yīng)力比和氫含量的關(guān)系。本標(biāo)準(zhǔn)增加了慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn),并增加了“斷裂應(yīng)力比和氫含量的關(guān)系”“臨界氫含量”等評價(jià)方法5ISO16573:2015中試樣只有棒(線)材;本標(biāo)準(zhǔn)中有棒(線)材和板狀試樣除了常規(guī)的棒(線)材,隨著板材(如高強(qiáng)汽車鋼板)強(qiáng)度日益提高,其發(fā)生氫致延遲斷裂的可能性升高,增加板狀試樣擴(kuò)大本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍ISO16573:2015中缺口試樣根部曲率半徑為0.1mm或0.2mm;本標(biāo)準(zhǔn)中為0.2mm或0.3mm0.1mm曲率半徑加工難度較大,考慮到國內(nèi)試樣加工情況,加工一致性不容易保證,同時(shí)大多數(shù)情況下也沒有必要采用太高應(yīng)力集中系數(shù)。因此,不采用0.1mm,而改為0.3mm6充氫溶液種類:本標(biāo)準(zhǔn)增加了H?SO?溶液考慮到強(qiáng)度在1000MPa以下時(shí)需要引入大量的氫,因此本標(biāo)準(zhǔn)增加更低pH值充氫溶液,保證能夠充入足夠的氫含量充氫條件:本標(biāo)準(zhǔn)只給出了電流和時(shí)間建議,其他沒有
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