——國家標準GB/T 39039-2020核心解讀

一、引言

氫致延遲斷裂是材料因氫侵入導致脆性斷裂的現象，常見于抗拉強度≥800 MPa的高強度鋼（如螺栓鋼、彈簧鋼）。國家標準《GB/T 39039-2020》為此類材料的評價提供了系統方法，涵蓋試樣制備、充氫技術、拉伸試驗及氫含量分析等關鍵環節。本文梳理核心內容，重點解析實驗方法。

二、背景介紹

GB/T 39039-2020 高強鋼氫致延遲斷裂評價方法（Evaluation method for hydrogen-induced delayed fracture of high strength steels)，修改采用（MOD）ISO 16573:2015, Steel-Measurement method for the evaluation of hydrogen embrittlement resistance（HE） of high strength steels（鋼- 高強鋼抗氫脆性的測量方法）

三、核心術語

1. 可擴散氫含量（diffusible hydrogen content）：室溫下能從材料中可逸出的氫量，直接影響斷裂風險。
2. 臨界氫含量（critical hydrogen content）：特定應力（0.9倍抗拉強度或0.9倍的缺口抗拉強度）下材料不失效（發生延遲斷裂）的最高氫含量（可擴散氫），是評價敏感性的關鍵指標。
3. 斷裂應力比（fracture stress ratio）:充氫試樣的抗拉強度與未充氫試樣的比值，比值越低，氫脆敏感性越高。

四、實驗流程概覽

【試樣制備 → 充氫處理 → 拉伸試驗 → 斷后氫含量測量 → 數據分析】

（1）試樣制備：“三類試樣”

2、充氫方法：“四種方式”

（1）電化學充氫（主流方法），溶液選擇如下：

-低氫量：4g/L NaOH溶液；

-高氫量：30g/L NaCl + 3g/L NH?SCN溶液；

-電流密度：0~20 A/m²，充氫時間依需求（如高強螺栓鋼推薦48h）。

 （2）酸性溶液浸泡：常用5% HCl溶液，時間根據材料氫擴散系數調整。

3、拉伸試驗：“兩大方法”

（1）恒載荷拉伸試驗（CLT）

• 步驟：
  a. 恒定載荷（應力比0.3~0.9）拉伸試樣至斷裂。
  b.記錄斷裂時間，若100~200h未斷則停止。
  c.測量斷后氫含量，重復試驗獲得“斷裂時間-氫含量”或“斷裂時間-應力比”曲線。
• 結果分析：
  • 臨界氫含量：斷裂時間趨近無限大時的氫含量閾值。
  • 敏感性判定：相同氫量下斷裂時間越長，或相同應力比下臨界氫量越高，敏感性越低。

（2）慢應變速率拉伸試驗（SSRT）

• 關鍵參數：應變速率≤10??/s（極低速）。
• 步驟：
  a.慢速拉伸充氫試樣至斷裂，記錄斷裂應力。
  b.計算斷裂應力比（充氫/未充氫強度比值）。
  c.重復試驗繪制“斷裂應力比-氫含量”曲線。
• 優勢：快速評估氫脆敏感性，適合對比不同材料或工藝。

4、斷后處理與氫含量測量

（1）斷后處理：

- 液氮保存斷口→切取近斷口區域→丙酮超聲清洗。

- 有鍍層試樣需先去除鍍層（如鍍鋅層≥15μm）。

• 方法介紹（同ISO）
  升溫脫氫分析法（TDS），加熱速率100℃/h，計算脫氫峰積分。
  注意事項1：測氫試樣準備（從液氮中取出、清洗等】至開始測量時間不超過0.5h，并盡量保持一致；
  注意事項2：在一般情況下，可擴散氫根據氫脫附曲線的第一個峰計算；當低于400℃下觀察到幾個峰，可擴散氫可以通過所有峰求和計算；

五、試驗報告必備內容

六、國標與ISO標準的差異

七、結語

《GB/T 39039-2020》通過系統化的充氫、拉伸和氫分析流程，為高強度鋼的氫脆風險提供了科學評價工具。無論是恒載荷法（側重長期穩定性）還是慢應變速率法（快速對比），均能有效指導材料研發與工程選型。