分享：温度与氢气压力对纯氢环境中X80钢断裂行为的影响

沙漠里的游鱼 · 发表于 2025-8-23 15:31:57

加入千万技术人社群

您需要登录才可以下载或查看，没有账号？注册

x

0. 引言
氢气输送是氢能利用中的重要环节。但是，由于氢原子的存在会使钢材发生脆化，在使用管道输送氢气或含氢介质时，管道用钢的塑性和疲劳强度会降低，甚至发生氢脆开裂，造成重大安全事故[1-2]。

影响管道用钢氢脆敏感性的因素很多，包括冶金因素和环境因素。对于混合氢气天然气管道，温度和氢气压力等运行工况对氢气与管道用钢之间的相互作用有显著影响[3-5]。MENG等[6]研究发现，X80管线钢在天然气/氢气混合物中易受氢诱导脆化，在总压力12 MPa条件下，随着氢分压增加，氢脆指数增大，疲劳裂纹扩展明显加速。AMARO等[7]研究发现，相比空气环境下，13.8 MPa高压氢气环境下X52钢和X100钢的断后伸长率均明显减小，韧性损失显著。ZHOU等[8]研究发现，在氢混天然气环境下，高氢分压会降低X80管线钢的力学性能。温度对氢脆的影响机制复杂，通常升高温度会促进钢表面氢原子的生成和扩散，从而加剧氢脆效应[9]，但同时温度的升高又会提高钢的断裂韧性。目前，普遍认为氢脆可以在一个宽泛的温度范围内发生，并且外部环境温度对于氢与材料表面的反应、氢的溶解度以及氢的扩散至关重要[10]。*NG等[11]研究发现，在10，20 mA·cm−1电流密度下，X70钢发生氢脆的温度阈值分别为293，283 K，而当电流密度达到30 mA·cm−1时，未观察到明显的氢脆临界温度。WU等[12]研究发现，充氢后2205双相不锈钢的氢脆敏感性和氢脆层厚度均随温度的升高而减小。MOMOTANI等[13]研究发现，随着温度在0~100 ℃内降低，低碳马氏体钢的氢脆敏感性增加，而随着温度进一步下降至0 ℃以下，钢的氢脆敏感性反而减小。ZHANG等[14]研究发现，SUY、S15C、S35C碳钢的氢脆效应随着温度的降低先增强，在200 K左右达到最大，随后迅速下降。LI等[15]研究发现，随着温度的升高，钢中氢扩散速率和次表面氢浓度有所增加。

目前，研究多集中于钢材在液相环境下的氢脆性能，关于气相环境下温度对管线钢尤其是高钢级管线钢氢脆行为影响的研究较少，不同钢材在应用于氢气输送时的安全输送温度还需进一步确定[16]，并且氢气压力对管道用钢氢脆敏感性的影响规律以及发生氢脆的临界压力阈值尚不明确。X80钢具有较高的强度和较低的成本，被广泛用于油气输送管道[17]。作者对X80钢进行了不同氢气压力、温度下的纯氢环境慢应变速率拉伸试验，研究了氢气压力和温度对X80钢拉伸性能和氢脆敏感性的影响，结合断口形貌分析了影响机制，以期为输送氢气或含氢介质管道在不同工作温度下的安全性评估提供宝贵的试验数据，为管道的氢脆评估提供理论支撑。

沙漠里的游鱼 · 发表于 2025-8-23 15:32:40

（请先登录或注册成为海川会员后查看）-1 ... 登录查看全文

沙漠里的游鱼 · 发表于 2025-8-23 15:32:59