[發明專利]一種可以模擬多種摻氫環境下的材料適用性測試方法

在審

• 申請號: 202210068969.7
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114383945A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 秦剛華;楊敬東;王濤;王西明;雪小峰;孫士恩;許好好;李想;陳石義;董志;趙可君;帥健;李云濤;梅苑
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司;浙江能源天然氣集團有限公司;中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N17/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種可以模擬多種摻氫環境下的材料適用性測試方法，包括步驟：根據力學性測試標準和力學性測試平臺的要求，設計材料試件尺寸，通過線切割以及拋光工藝加工材料試件；將經過加工的材料試件置于高壓反應釜中，向高壓反應釜內注入氫氣，借助高壓氣體環境模擬不同條件的摻氫環境，改變高壓反應釜內氫環境下的氫氣濃度、壓力和溫度，根據分壓法控制氫氣濃度。本發明的有益效果是：本發明通過力學性實驗綜合得出材料在對應氫環境下的氫脆敏感性；與以往的電化學充氫方法相比，本發明的充氫手段更符合實際材料在工業中所處的氫環境下的氫脆反應，本發明為摻氫管道運輸的可行性提供重要依托。

技術領域

本發明屬于能源運輸技術領域，尤其涉及一種可以模擬多種摻氫環境下的材料適用性測試方法。

背景技術

氫氣是一種高熱值的環保燃料，具有廣闊的發展前景。目前，各國石油資源供應日趨緊張，氫氣已開始成為主要的替代能源，用于工業生產和日常生活中。氫氣運輸方式主要包括車輛運輸、船舶運輸和管道運輸等。其中，管道運輸具有運輸距離遠、運輸成本低等優點，管道運輸已成為氫氣的重要運輸方式。

純氫輸送管道的建造工程量過于龐大，借助已建的天然氣管道或其他燃料管道輸送氫氣或氫氣—天然氣混合的方法，受到了許多國家的青睞。然而，與天然氣及其他氣體不同，氫氣在高輸送壓力的影響下，更容易滲入管道內部，導致氫脆，引發氣體泄漏。如果遭遇明火，泄漏出的氫氣會發生氣體爆炸，進一步造成嚴重的人員傷亡，并破壞環境。因此，氫環境下材料適用性的研究是管道摻氫運輸可行性的重要依托。

目前，國內外對于氫環境下材料適用性研究的主要關注點為材料種類，所模擬的氫環境條件較為單一，且材料充氫方式也多為電化學充氫，并不完全符合實際管輸情況。因此，需要設計一種簡單高效能夠模擬多種氫環境，且充氫手段符合實際工業情況的材料適用性測試方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種可以模擬多種摻氫環境下的材料適用性測試方法。

這種可以模擬多種摻氫環境下的材料適用性測試方法，包括以下步驟：

步驟1、根據力學性測試標準和力學性測試平臺的要求，設計材料試件尺寸，通過線切割以及拋光工藝加工材料試件；

步驟2、將經過步驟1加工的材料試件置于高壓反應釜中，向高壓反應釜內注入氫氣，借助高壓氣體環境模擬不同條件的摻氫環境，改變高壓反應釜內氫環境下的氫氣濃度、壓力和溫度，根據分壓法控制氫氣濃度：

上式中，為向高壓反應釜內注入氫氣時的壓力變化，單位為MPa；P₀為向高壓反應釜內注入其他氣體(與氫氣混摻的氣體)時的壓力變化，單位為MPa；P為摻氫環境下的總壓力，單位為MPa；為高壓反應釜內的氫氣體積濃度的變化值，為百分數；0.1為其他氣體(與氫氣混摻的氣體)所占的常壓值，單位為MPa；

進行材料試件充氫；

步驟3、利用慢應力應變拉伸試驗機來測試充氫后的材料試件力學性(氫脆敏感性)，記錄充氫后的材料試件的拉伸量以及載荷位移數據，進行氫脆敏感性及應力應變曲線分析(載荷位移數據通過數據處理后，可以轉變為應力應變曲線，從而進行分析)。

作為優選，步驟1中力學性測試標準為標準GB228；材料試件的厚度大于3mm，板材試件的總長度小于200mm。

作為優選，步驟2中將高壓反應釜內氫環境下的氫氣濃度設定在0～100％內，壓力設定在0～10MPa，溫度設定在300℃。

作為優選，步驟3具體包括如下步驟：

步驟3.1、利用慢應力應變拉伸試驗機對充氫后的材料試件進行力學性實驗，在10^-6～10mm/min之間無級調節拉伸速率，并在電腦端存儲充氫后的材料試件的載荷位移數據；