[发明专利]基于氢扩散动力学的管道氢脆温度阈值预测方法和应用

权利要求书

1.一种基于氢扩散动力学的管道氢脆温度阈值预测方法，其特征在于：具体步骤为：

采用渗氢电流密度实验确定管线钢中的基体氢浓度与温度的关系，从而最终确定使缺陷力场饱和所需的氢原子数量N；

通过分子动力学模拟确定氢原子扩散率与温度的关系，从而最终确定氢原子富集运动速度V；

通过量化N/V比值的最小值，量化管道氢脆温度阈值；

通过渗氢电流密度实验得到不同温度下的管线钢的最大电流密度值i_∞，然后按照式(3)得到基体氢浓度；

其中，l_z为实际试样厚度，F为法拉第常数，D为氢扩散率；

氢原子饱和数量N按照式(4)得到：

其中，R值的选取为160nm，ν为泊松比，a_o为晶格常数，l_z为实际试样厚度，Ω_H为氢原子的组分体积，K_I代表裂纹尖端的应力强度，k_B代表玻尔兹曼常数；氢原子扩散率与温度拟合为式(5)所示的关系：

D＝1.5×10^-7exp(-0.8×1.6×10^-19/k_BT)(5)，

其中，K_B代表玻尔兹曼常数；

管线钢的温度阈值在-10-60℃范围内；

氢原子富集运动速度V与氢原子扩散速率的关系如式(2)所示：

其中，D是氢原子的扩散率，Ω_H是氢原子的组分体积，v是铁的泊松比，k_I代表裂纹尖端的应力强度。

2.如权利要求1所述的基于氢扩散动力学的管道氢脆温度阈值预测方法，其特征在于：氢原子扩散率与温度的关系式的确定方法为：通过计算得到氢原子均方位移(MSD)随时间的变化关系，代入公式(6)所示，

其中d表示计算所涉及模型的轴向，体扩散时该值等于3，N是氢原子总数，r(t_o)是H原子的初始位置，r(t₀+Δt)是时间间隔Δt之后氢原子的位置；

曲线的斜率即为不同温度下的扩散率D值，通过拟合后得到式(5)所示关系式。

3.如权利要求1所述的基于氢扩散动力学的管道氢脆温度阈值预测方法，其特征在于：管线钢在进行渗氢电流密度实验前进行力学测试得到裂纹尖端的应力强度。

4.权利要求1、2任一所述的基于氢扩散动力学的管道氢脆温度阈值预测方法在管道的完整性管理和风险评价领域的应用。

5.如权利要求4所述的应用，其特征在于：管道包括铁素体-珠光体管线钢、针状铁素体管线钢、贝氏体一马氏体管线钢。

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：管线钢为5LB、X42、X52、X60、X60、X70、X80、X100、X120。