[发明专利]含氢煤制天然气环境中管线钢断裂韧性的测试方法和装置

权利要求书

1.一种含氢煤制天然气环境中管线钢断裂韧性的测试方法，其特征在于，该测试方法包括以下步骤：

在空气中预制初始裂纹；

在工况环境下，进行拉伸测试，得到测试裂纹扩展量；

绘制J积分-测试裂纹扩展量的曲线，然后根据K_IC＝[J×E/(1-υ²)]^0.5求得管线钢的断裂韧性，完成对含氢煤制天然气环境中管线钢断裂韧性的测试；

其中，K_IC为管线钢的断裂韧性参数，单位为MPa·m^0.5；J为J积分的实验当量，单位为KJ/m²，E为弹性模量，单位为Pa；υ为泊松比。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在绘制J积分-测试裂纹扩展量的曲线前，进行小载荷疲劳测试，拉断后，测量实际裂纹扩展量，当测试裂纹扩展量与实际裂纹扩展量之差不超过实际裂纹扩展量的15％或0.15mm时，绘制J积分-测试裂纹扩展量的曲线。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在工况环境下，进行拉伸测试，得到测试裂纹扩展量时，进行压力的加载和卸载，模拟煤制气下的加载和卸载的速率为0.12mm/min；

进行加载和卸载时，引伸计在加载线上，控制模式为位移控制。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在空气中预制初始裂纹时，按照以下步骤进行：

通过线切割制备一个裂纹，然后通过疲劳裂纹扩展速率的实验方法制备的初始裂纹；其中，所述初始裂纹的尺寸a₀与试样的宽度W的比值满足0.45<a₀/W<0.7，疲劳裂纹扩展速率的实验参数为：恒ΔK法，ΔK＝30MPa·m^0.5，f＝10Hz。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述工况环境是指在模拟煤制天然气的环境下，所述模拟煤制天然气包括0.24MPa-0.6MPa的H₂、0.24MPa的CO₂，以及余量的N₂使总气压为12MPa。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，根据如下公式得到J：

J=K2(1-v2)E+ηpUpBN(W-a0);]]>

其中，η_p＝2+0.552(1-a₀/W)；

K为应力强度因子，单位为MPa·m^0.5；E为弹性模量，单位为Pa；υ为泊松比；Up为塑性功，单位为J；a₀为裂纹长度，单位为mm；W为试样的宽度，单位为mm；B_N为两侧槽之间的试样的净厚度，单位为mm。

7.一种含氢煤制天然气环境中管线钢断裂韧性的测试装置，其特征在于，该测试装置用于上述测试方法中，该测试装置包括：测试设备和环境箱；

其中，测试设备包括疲劳试验机和引伸计测试组件；

所述环境箱设置有进气连接口、压力表连接口、引伸计连接口、真空泵连接口和出气口；

所述环境箱固定在所述疲劳试验机中；

所述环境箱内部设置有引伸计。