[发明专利]一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法

说明书

本发明涉及材料氢脆领域，旨在提供一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法。包括下述步骤：建立计算薄板试样氢分布和热脱附谱的平衡状态模型及其数值计算模型；确定平衡状态模型对某种奥氏体不锈钢的适用条件；开展奥氏体不锈钢的氢热脱附试验，利用热脱附谱求得氢陷阱结合能和氢陷阱激活能。本发明提供的方法对奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的测量具有较强的普适性。通过采用氢预脱附方法简化了计算公式，可以有效拟合氢热脱附试验获得的热脱附谱，大大降低了计算难度，同时采用本发明提供的奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的测量方法，具有较高的精度。

技术领域

本发明是关于材料氢脆领域，特别涉及一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢广泛用于高压氢系统及其关键零部件的制造，但是随着高压氢系统压力的提高和服役环境的复杂化，奥氏体不锈钢的高压氢脆问题已成为威胁高压储氢容器安全的重要原因之一。金属中分布的氢原子会在金属内部的缺陷位置处以及应力集中区域偏聚，上述区域通常被称作氢陷阱。氢陷阱中捕获的氢原子对氢脆的发生起着重要作用。因此，氢陷阱激活能的测量是研究奥氏体不锈钢的高压氢脆问题的重要基础。

升温热脱附质谱分析(TDS)是一种针对氢陷阱特性研究的较为有效的方法。氢原子从材料中释放的过程主要由两个基本过程构成，一个是氢原子从氢陷阱中脱附的过程，另一个是已从陷阱中脱附的氢原子通过扩散到达材料表面并以氢气的形态脱附的过程。对于奥氏体不锈钢来说，后者起主要作用，也被称之为氢扩散控制TDS过程。该类材料升温热脱附质谱中材料晶格中氢的脱附曲线与陷阱中氢的脱附曲线高度耦合在一起，使用简单的数据处理方法无法将其分解。此外，针对氢扩散控制TDS过程的基本控制方程较为复杂，使得直接数据拟合的方法也失效。因此，目前尚缺乏实用且具有较高精度的氢陷阱激活能测量方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种测量奥氏体不锈钢氢陷阱激活能的方法，包括下述过程：

(一)建立计算薄板试样氢分布和热脱附谱的平衡状态模型及其数值计算模型；

(二)确定平衡状态模型对某种奥氏体不锈钢的适用条件；

(三)开展奥氏体不锈钢的氢热脱附试验，利用热脱附谱求得氢陷阱结合能和氢陷阱激活能；

其中，

过程(一)具体包括：

(1)建立表征金属内部晶格氢和陷阱氢间的相互作用关系的基本控制方程，即M-F模型：

式中，x是薄板试样厚度方向的坐标，t是时间，C(x,t)是薄板试样厚度方向坐标为x处在时间t时的氢浓度，D₀是指前氢扩散系数，E_L是晶格内的氢扩散能，R是气体常数，φ是氢热脱附试验过程中的升温速率，T_i是初始绝对温度，N是氢陷阱类别对应的氢陷阱密度，θ是氢陷阱类别被氢占据的比例，k是氢被氢陷阱类别捕获速率的指前常数，p是氢从氢陷阱类别脱离速率的指前常数，k/p＝1/N_L，N_L是晶格密度，E_t是氢陷阱类别的势垒，E_d是氢陷阱类别的激活能；

(2)建立局部区域内陷阱中的氢含量与晶格中的氢含量的平衡状态方程：

式中，θ_L是晶格被氢占据的比例，E_b是氢陷阱结合能，T是绝对温度；