金屬材料在高壓氣體環(huán)境（如氫能、天然氣儲(chǔ)運(yùn)）中的力學(xué)性能劣化是工程安全的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)測(cè)試方法多采用實(shí)心試樣在高壓容器中進(jìn)行，存在成本高、效率低、數(shù)據(jù)分散性大等問(wèn)題。2024年發(fā)布的ISO 7039-2024《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 空心試樣內(nèi)材料對(duì)高壓氣體作用敏感性的評(píng)估方法》提出空心試樣（Hollow Specimen）內(nèi)充高壓氣體的測(cè)試方案，通過(guò)直接模擬材料在高壓氣體環(huán)境下的受力狀態(tài)，為金屬材料的早期篩選和安全性評(píng)估提供了高效、精準(zhǔn)的技術(shù)手段。

一、標(biāo)準(zhǔn)核心范圍與應(yīng)用價(jià)值

1.1 適用場(chǎng)景與目的

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料在空心試樣內(nèi)高壓氣體作用下的拉伸試驗(yàn)方法，核心目的是評(píng)估材料對(duì)高壓氣體（如氫氣、腐蝕性氣體）的敏感性。其結(jié)果可作為材料篩選的依據(jù)（非設(shè)計(jì)直接使用），尤其適用于：

·高壓管道、容器用金屬材料；

·氫能、天然氣等能源領(lǐng)域的材料耐氣體環(huán)境性能評(píng)估；

·金屬材料在多介質(zhì)（氣體、液體）環(huán)境下的力學(xué)行為研究。

1.2 與傳統(tǒng)方法的差異

傳統(tǒng)方法（如ASTM G142或ISO 11114-4）采用實(shí)心試樣在高壓容器中測(cè)試，需大型承壓設(shè)備；而本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)空心試樣內(nèi)直接充壓，無(wú)需外部高壓容器，簡(jiǎn)化了設(shè)備、降低了成本，并能更真實(shí)反映材料內(nèi)壁與氣體的接觸狀態(tài)。

（自20世紀(jì)50年代以來(lái)，空心試樣已被用于評(píng)估氫氣的影響，但由于試樣多為薄壁或管狀結(jié)構(gòu)，其變形行為與實(shí)心試樣存在差異，導(dǎo)致斷后伸長(zhǎng)率、截面積收縮率的準(zhǔn)確性難以實(shí)現(xiàn)。自2005年起，采用氫氣填充的空心試樣作為評(píng)估金屬材料暴露于氣態(tài)氫環(huán)境時(shí)的拉伸性能變化已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。）

二、關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)與定義

理解標(biāo)準(zhǔn)的核心前提是明確專用術(shù)語(yǔ)：

三、核心技術(shù)要求詳解

3.1 試樣設(shè)計(jì)：空心結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)

3.1.1 形狀與尺寸（6.2節(jié)）

·外徑（Do）：3~12 mm（平行段）；

·內(nèi)徑（do）：1~4 mm，推薦do/Do≤0.33（避免環(huán)向應(yīng)力過(guò)大，參考ASME B31.8）；

·標(biāo)距：按ISO 6892-1，采用環(huán)形橫截面計(jì)算原始標(biāo)距。

3.1.2 內(nèi)表面質(zhì)量（6.3節(jié)）

·粗糙度：推薦Ra≤0.25 μm，需去除鉆孔/電火花加工產(chǎn)生的熱影響層；

·清潔度：用溶劑清洗去除油污，避免殘留雜質(zhì)影響氣體與材料的相互作用。

3.1.3 試樣數(shù)量（6.4節(jié)）

·每種氣體環(huán)境下至少測(cè)試2個(gè)試樣，結(jié)果取平均值用于計(jì)算相對(duì)性能參數(shù)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備：集成拉伸與氣體控制的系統(tǒng)

3.2.1 核心組成（9.1節(jié)）

·拉伸機(jī)：符合ISO 6892-1，需保證試樣軸線與拉力同軸；

·氣體供應(yīng)單元：精確控制空心試樣內(nèi)的氣體壓力（含調(diào)壓閥、安全閥）；

·溫度控制單元：實(shí)現(xiàn)-196℃~高溫環(huán)境（參考ISO 6892-2/-3）。

3.2.2 安全性要求

·高壓氣體系統(tǒng)需符合相關(guān)安全規(guī)范，測(cè)試時(shí)關(guān)閉氣源閥門（圖2中閥門A），避免氣體泄漏。

3.3 試驗(yàn)條件：嚴(yán)格控制的環(huán)境參數(shù)

3.3.1 氣體介質(zhì)（10.1節(jié)）

·試驗(yàn)氣體：如氫氣（純度控制、雜質(zhì)控制）、腐蝕性氣體；

·惰性氣體：氬氣/氮?dú)猓瑝毫εc試驗(yàn)氣體一致（或空氣，需驗(yàn)證壓力無(wú)影響）；

·置換要求：至少3次惰性氣體 purge + 3次試驗(yàn)氣體 purge，確保氣體純度。

3.3.2 壓力與溫度（10.2~10.3節(jié)）

·壓力：試驗(yàn)前穩(wěn)定10 min（高壓≥20 MPa時(shí)±1 MPa，低壓<20 MPa時(shí)±5%）；

·溫度：室溫（ISO 6892-1）或特定溫區(qū)（需報(bào)告保溫時(shí)間）。

3.3.3 應(yīng)變速率（10.4節(jié)）

·最大速率：平行段應(yīng)變速率≤0.00005 s?¹，推薦更慢速率以凸顯氣體對(duì)材料的損傷效應(yīng)。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估：從絕對(duì)性能到相對(duì)敏感性

3.4.1 傳統(tǒng)力學(xué)性能（11.1節(jié)）

·測(cè)定屈服強(qiáng)度（ReH/ReL）、抗拉強(qiáng)度（Rm）、斷后伸長(zhǎng)率（Ah）、斷面收縮率（Zh）等，方法同ISO 6892-1。

3.4.2 核心評(píng)估指標(biāo)：相對(duì)性能參數(shù)（11.3~11.6節(jié)）

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)氣體（H?）與惰性氣體（Ar）環(huán)境下的性能，計(jì)算：

·Ah(rel) = Ah(H?) / Ah(Ar)

·Zh(rel) = Zh(H?) / Zh(Ar)

·Rp0.2h(rel) = Rp0.2(H?) / Rp0.2(Ar)

·Rmh(rel) = Rm(H?) / Rm(Ar)

判斷依據(jù)：相對(duì)值越接近1，材料對(duì)高壓氣體的敏感性越低；顯著小于1時(shí)，表明材料易受氣體環(huán)境劣化（如氫脆）。

四、試驗(yàn)報(bào)告：數(shù)據(jù)可追溯性要求

報(bào)告需包含以下關(guān)鍵信息（12節(jié)）：

·試樣信息：內(nèi)外徑測(cè)量方法（如測(cè)針/標(biāo)稱值）、內(nèi)表面粗糙度、加工工藝；

·氣體參數(shù)：純度、壓力穩(wěn)定時(shí)間、purge次數(shù)；

·結(jié)果數(shù)據(jù)：原始性能（Rm、Ah等）及相對(duì)參數(shù)（Ah(rel)等，保留2位小數(shù)）；

·異常現(xiàn)象：如提前漏氣、斷裂位置偏離標(biāo)距等。

五、標(biāo)準(zhǔn)意義與應(yīng)用前景

ISO 7039-2024通過(guò)空心試樣內(nèi)高壓氣體直接作用的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為金屬材料在極端氣體環(huán)境下的快速篩選提供了標(biāo)準(zhǔn)化方法。其優(yōu)勢(shì)在于：

1.高效低成本：無(wú)需大型高壓容器，適合批量篩選；

2.精準(zhǔn)模擬：內(nèi)壁與氣體直接接觸，更貼近管道/容器的實(shí)際服役狀態(tài)；

3.廣泛適用性：可擴(kuò)展至氫氣、CO?等多種高壓氣體環(huán)境。

該標(biāo)準(zhǔn)尤其為氫能基礎(chǔ)設(shè)施（儲(chǔ)氫罐、氫氣管網(wǎng)）的材料選型提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，是金屬材料環(huán)境敏感性評(píng)估領(lǐng)域的重要進(jìn)展。