[发明专利]一种高强钢氢损伤的表面吸附氢快速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高强钢氢损伤的表面吸附氢检测方法。

背景技术

氢能进人许多金属，典型的如铂、钯以及储氢合金等，也能进入钢铁。进入钢铁中的氢原子会显著降低高强钢的力学性能。氢的作用有多种不同表现形式，如钢中白点、氢鼓泡和氢诱发裂纹、氢致相变、氢致塑性损失、氢蚀或最为严重的氢致开裂等。当氢含量达到一定程度，会造成钢的氢脆断裂，氢致开裂前基本不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大，工程中都尽可能防止。尤其是对于高强度及超高强度钢，氢脆敏感性会随着钢的强度级别的增大而大幅增加，高强度钢在其服役过程中，进入金属中的氢会扩散到钢中应力集中处，在金属内部，特别是三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后产生氢致开裂，工程实际上所说的氢脆，大多是指这类高强钢的氢脆，是最危险的破坏方式之一，对于输送含有硫化氢的油、气管道最为常见。2013年11月22日青岛经济技术开发区中石化黄潍输油管线一输油管道发生管道腐蚀破裂事故，原油泄漏，管线油进入了市政管网发生燃爆，事故造成了62人遇难，重伤65人，代价惨痛。因此，如何评定金属的氢损伤程度变得极为重要，了解金属的氢损伤程度，便于构件的及时维护和替换，可以避免灾难的发生。

目前评定金属氢损伤的方法有几种：

（1）断裂力学法，用断裂力学的方法来研究氢损伤程度，在特定介质中于不同应力作用下测定金属材料的滞后破坏时间。在用力学方法评定氢损伤时，根据的到的断口信息、力学性能指标来定性地评定金属氢损伤程度，是一种离位测试方法，操作简单，但是需要破坏材料，不能无损的检测，不利于工程检测应用。

（2）Devnathan-Stachurski双电解池技术测试法，用Devnathan-Stachurski双电解池技术可测量金属内部氢的渗透量，可实现金属各类腐蚀环境下原位的氢扩散的研究，能够用来描述氢在金属表面及内部产生、吸附、扩散等过程，应用广、定位精确、灵敏度高。但该方法操作复杂、金属表面需要电镀，测试时间较长、不能快速的检测，适用于实验室科学研究，而不利于工程氢损伤检测应用。

对于工程检测领域，需要的是一种快速、原位、无损的氢损伤检测方法。氢损伤中氢在腐蚀介质-金属中的扩散可分为三个阶段：1、氢原子的产生阶段；2、氢原子在金属表面吸附阶段（产生H-物理吸附-化学吸附）；3、氢原子进入金属，由高浓度区域向低浓度区域扩散阶段，造成氢损伤。其中，氢吸附并进入金属这一阶段是氢作用于金属的第一阶段，也是氢引起金属失效的前提条件。因此利用氢在金属表面的吸附特性，建立吸附氢与渗透氢之间的关系，这样就可以通过检测氢离子在表面的吸附性的大小，来评定材料的氢损伤程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、无损、原位的高强钢氢损伤的表面吸附氢快速检测方法。

本发明的目的是这样实现的：

采用电化学阻抗谱测试方法测量高强钢在酸性腐蚀介质中的低频端感抗弧；采用阻抗拟合等效电路对低频端感抗弧进行拟合，得到代表氢离子在金属表面的吸附能力的电感电阻的阻值大小；利用吸附氢电感电阻-渗氢量-氢损伤之间的关系，利用测得的电感电阻数值判断高强钢的氢损伤程度。

所述采用电化学阻抗谱测试方法测量高强钢在酸性腐蚀介质中的低频端感抗弧具体包括：采用三电极体系，工作电极为待测试样、参比电极为饱和银/氯化银参比电极、对电极为铂片，测试前将三电极体系放入待测溶液中电位稳定15-30分钟，测试时将三电极与电化学工作站相连进行电化学阻抗谱测试；选取的电化学阻抗谱频率测试范围为10^-2-10⁵赫兹，正弦波扰动振幅为5毫伏；低频端感抗弧的选择范围是虚部阻抗值零值以下得部分，频率范围在10^-2-10赫兹之间。

所述阻抗拟合等效电路为R_s(Q_dl(R_ct(LR_L)))，其中R_s为溶液电阻，R_ct和R_L分别代表的是电荷转移电阻和吸附氢电感电阻，Q_dl和L是双电层电容和吸附氢电感。

所述吸附氢电感电阻-渗氢量-氢损伤之间的关系为：

（1）当吸附氢电感电阻数值小于60欧姆每平方厘米时，代表金属抗氢渗透能力差，氢损伤量大，服役构件在短期内应替换；

（2）当吸附氢电感电阻数值在60欧姆每平方厘米与120欧姆每平方厘米之间时，代表金属抗氢渗透能力适中，氢损伤量适中，构件应进行适当维护；