氫對金屬的影響：氫脆
氣態氫：測試要求以及儲存和運輸挑戰。
隨著氫技術的不斷進步，材料測試面臨著新的挑戰：這是因為金屬材料在運輸和儲存過程中會受到氫（氫脆）的影響 ，因此必須對其進行綜合全面性的測試。 管道和儲罐是氣態氫的主要運輸方式。 在這裡，ASME B31.12作為載氫管道和管道測試的主要標準，其在材料測試中發揮著核心作用。
- 在運輸或儲存之前，氣態氫在氫罐或氫氣瓶中被壓縮 (200-700 bar)。 為確保在此壓力水平下的最大安全性，必須確保材料的機械穩定性以防止氫脆。 為了最大程度地滿足安全要求，必須對所使用的材料進行表徵。
- 管'材是長距離運輸大量氫氣的理想首選。 現有的天然氣管道（經改造）是運輸氫氣的有效解決方案。 在這裡，材料表徵在滿足安全標準方面起著至關重要的作用，以便優化利用現有的天然氣和氫氣基礎設施。 也可以將氫氣與天然氣混合。 在新基礎設施的開發和改造中，重要的是要了解所用組件在氫脆特性方面的強度。
氫脆和在高壓中 氫環境中的材料行為是質量控管和新材料開發的核心要素。
什麼是氫脆？
氫脆是指當氫滲入金屬時，金屬會失去延展性（延伸性、成型性）並隨時間變脆。這會導致低於金屬降伏強度或相應組件設計應力的過早失效。換句話說，材料將逐漸疲勞。
依據氫的來源，可區分 兩種類型的氫脆 (HE)：
- 內部氫脆。在此，氫在製造過程中滲透到材料中。
- 氫環境脆化 (HEE)。這涉及從環境中吸收氫氣並促進材料脆化的過程。
測定金屬在氫影響下的行為（氫脆）的試驗方法
許多標準化測試方法用於測定金屬在氫影響下的行為。 ZwickRoell 為這些類型的測試提供合適的測試解決方案：
- ASTM F519標準描述了一種持續加載的機械測試方法，用於評估高強度金屬材料在氫影響下的行為（氫脆、電鍍工藝）
- ASTM F1624標準描述了一種加速測試方法，用於測定高強度金屬材料對受氫影響的延時失效的敏感性。
- ASTM E1681標準定義了一種方法，用於測定金屬材料環境輔助開裂閾值應力強度因子。 該測試方法也由ASME B31.12在氫氣環境中的管材測試和管道測試中指出。
在其他條件下，以下標準測試是在氫氣環境中進行的：
- 拉伸測試： ASTM E8，金屬拉伸測試 (以及 ISO 6892-1)
- 蠕變(潛變)測試： ASTM E139金屬材料蠕變(潛變)、蠕變(潛變)斷裂和應力斷裂試驗指南，ISO 204 拉伸單軸蠕變(潛變)測試，ASTM E1457測量金屬蠕變(潛變)裂紋延展時間的標準測試方法
- SSRT（慢應變率測試）： ASTM G129, ASTM G142
- 蠕變(潛變)疲勞 / 蠕變(潛變)疲勞裂紋延展： ASTM E2714, ASTM E2760
- 破壞力學： ASTM E399 K1C 臨界應力強度因子、ASTM E1820、BS8571、ASTM E647裂紋延展率
- 低週疲勞 / LCF： ASTM E606
- 高週疲勞 / HCF： DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099
- 測試如ISO 9015– 電弧焊接接頭的硬度測試，ISO 22826 – 根據維氏和努氏(Vickers & Knoop) 硬度測試激光和電子束焊接的窄接頭，ISO 2639 –測定及驗證滲碳和硬化層深度
安全標準總覽
- GB/T 26466: 用於儲存高壓氫氣的固定式扁鋼帶纏繞容器
- GB/T 35544: 帶有鋁襯裡的全包裹碳纖維增強氣瓶，用於壓縮氫氣並作為陸地車輛燃料的車載存儲
- GB/T 34542: 氣態氫的儲存和運輸系統 - 第 1 部分：一般要求
- EN 17533：氣態氫 - 用於固定存儲的圓柱體和管子
- EN 17339：可運輸氣瓶 - 全包裹碳複合氣瓶和氫氣管
- ISO 19881：氣態氫 - 陸路車輛燃料容器
- CGA G-5.4-2019 於用戶地點氫氣管道系統的測試標準
- CGA G-5.6-2005 氫氣管道系統
- CGA G-5.8-2007 消費者場所的高壓氫氣管道系統
- ASME B31.12- 2019 氫氣管和氫管道
- ASME STP-PT006-2017 氫氣管設計指南
