[发明专利]一种管线钢在氢气环境中的慢拉伸试验装置

说明书

本发明涉及一种管线钢在氢气环境中的慢拉伸试验装置，属于管线钢测试技术领域，解决了现有技术难以实现在高压氢气环境下对管线钢进行性能测试的问题。本发明包括慢拉伸仪和氢气环境箱；氢气环境箱包括：箱体和密封盖；所述密封盖上设置进气管；所述箱体上设置出气管；氢气环境箱中设置管线钢，且管线钢的一端伸出密封盖的表面，管线钢的另一端伸出箱体的外部，管线钢的两端与慢拉伸仪连接，能够进行慢拉伸试验。本发明实现了对不同氢分压条件下的管线钢的性能测试。

技术领域

本发明涉及管线钢测试技术领域，尤其涉及一种管线钢在氢气环境中的慢拉伸试验装置。

背景技术

氢能源来源广泛，作为二次能源，氢不仅可以通过煤炭、石油、天然气等化石能源重整、生物质热裂解或微生物发酵等途径制取，还可以来自焦化、氯碱、钢铁、冶金等工业副产气，也可以利用电解水制取，特别是与可再生能源发电结合，不仅实现全生命周期绿色清洁，更拓展了可再生能源的利用方式。

目前，我国氢能储运以长管拖车运输高压气态氢为主，以低温液态氢、管道运输方式为辅，协同发展。长期来看，氢气管网建设将加速布局，实现不同细分市场和区域的协同发展。管道运输运量大、能耗低、边际成本低，是实现大规模、长距离气态氢运输的重要方式，也是氢气运输发展的必然趋势。

高压氢气对输氢管道会造成氢损伤，国外一般通过采用低钢级、降低输氢压力、增加壁厚等途径来提高安全性。

目前国外输氢管道运行压力通常为1.0-4.0MPa，钢级为X52以下，我国目前建成的数条输氢管道钢级为L245和20#钢，输氢压力均在4MPa以下。低钢级和中低压输氢远远不能满足我国未来大规模、长距离管道输氢的工程需求，因此，迫切需要进行高钢级管材和焊缝中氢渗透行为研究，掌握氢环境下管材和焊缝的力学性能影响关键因素，开发高钢级抗氢管道，保障大规模、长距离中高压输氢管道的安全性，满足我国碳减排大战略对氢能源的工程需求。

金属材料的氢脆是指氢进人金属后，局部氢浓度达到饱和时，引起金属塑性下降、诱发裂纹或产生滞后断裂的现象。根据氢的来源，氢脆可分为内部氢脆和环境氢脆，前者是指金属材料在冶炼和加工过程如酸洗、电镀等中吸收了过量氢而造成，后者是指金属在硫化氢、氢气、水汽等环境中，氢进人金属造成性能损失。在氢气环境下，氢气会在金属表面吸附、溶解在金属中扩散、富集于特定部位。首先，气相中的氢分子通过无规则的热运动与金属表面发生碰撞，碰撞时通过物理吸附留在金属表面。部分吸附的氢分子在激活能作用下解离成原子氢与金属表面产生化学吸附。解离后的氢原子因亲合力作用，从金属表面进人金属晶格的空位或金属原子间的间隙，形成置换式或间隙式固溶体。随着氢原子的不断进入，由于浓度梯度的作用，氢原子在金属原子间隙中作扩散运动，使金属基体中的氢达到一定浓度。

慢应变速率试验(slow strain rate test)是一种快速的测定应力腐蚀破裂或氢致开裂性能的试验方法。在恒应变速率机上缓慢匀速地将试样拉伸(试样在试验溶液或气体环境中)直至拉断为止。试验后用扫描电镜分析断口形貌。试验过程中测定载荷-延伸率曲线，从曲线可分析出很多反映应力腐蚀或氢脆敏感性的参数。目前研究氢对管线钢氢致开裂的试验大部分都采用电化学预充氢的试验方法，无法实现在高压氢气环境下对管线钢进行性能测试的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种管线钢在氢气环境中的慢拉伸试验装置，用以解决现有技术难以实现在高压氢气环境下对管线钢进行性能测试的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种管线钢在氢气环境中的慢拉伸试验装置，包括：氢气环境箱；所述氢气环境箱包括：箱体和密封盖；所述密封盖上设置进气管；所述箱体上设置出气管；所述氢气环境箱中设置管线钢。

进一步地，所述氢气环境箱上安装压力表，用于实时监测箱体内的气体压力。

进一步地，所述管线钢的一端伸出密封盖的表面，管线钢的另一端伸出箱体的外部。