顾超华， 姚彦辰， 赵益明， 马 凯， 匡继勇， 张睿明， 刘亚宇， 花争立， 彭文珠

(浙江大学 化工机械研究所， 浙江 杭州 310027)

氢能具有来源多样、清洁低碳、灵活高效及应用场景丰富等特点，被认为是21世纪最具发展潜力的能源之一。世界各国都对氢能的发展高度重视，氢能产业的发展方兴未艾。铬钼钢具有良好的淬透性和抗高温回火脆性能力，且综合性能良好，被广泛用于大容积无缝储氢容器的制造。然而，作为体心立方晶格结构的材料，铬钼钢在高压氢环境下会面临因高压氢脆引起的疲劳裂纹扩展速率加快和断裂韧度降低等断裂力学性能劣化的现象，对铬钼钢储氢容器的安全运行产生威胁[1-3]。目前，国外针对其常用铬钼钢材料SA372和SCM435等的临氢断裂力学性能已开展了诸多试验研究，Somerday等[4]对SA372 Grade J钢在100 MPa氢环境下开展了疲劳裂纹扩展速率试验，结果表明材料在氢环境下的疲劳裂纹扩展速率约为惰性气体环境下的100倍。Wada[5]在45 MPa和90 MPa氢环境下的试验表明高压氢气使得SCM435的疲劳裂纹扩展速率加快10倍以上。Iijima等[2]20,[3]22对SA372 Grade J在45 MPa氢环境下的断裂韧性进行了研究，结果表明高压氢气能够显著降低材料抵抗裂纹开裂的能力。此外，诸多学者还针对铬钼钢氢脆性能的影响因素开展了研究。Wada等[6]通过试验研究发现当氢气压力从1 MPa增加至90 MPa时，SCM435的疲劳裂纹扩展速率增加了约30倍。Somerday等[7]在103 MPa氢环境下通过SA372 Grade J和SA372 Grade L的断裂韧度测试研究了材料强度的影响，结果表明强度越高，材料的断裂韧度越低。我国常用铬钼钢材料为4130X，其化学成分、力学性能等与SA372、SCM435等材料有所不同。……