——国家标准GB/T 39039-2020核心解读

一、引言

氢致延迟断裂是材料因氢侵入导致脆性断裂的现象，常见于抗拉强度≥800 MPa的高强度钢（如螺栓钢、弹簧钢）。国家标准《GB/T 39039-2020》为此类材料的评价提供了系统方法，涵盖试样制备、充氢技术、拉伸试验及氢含量分析等关键环节。本文梳理核心内容，重点解析实验方法。

二、背景介绍

GB/T 39039-2020 高强钢氢致延迟断裂评价方法（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（钢- 高强钢抗氢脆性的测量方法）

三、核心术语

1. 可扩散氢含量（diffusible hydrogen content）：室温下能从材料中可逸出的氢量，直接影响断裂风险。
2. 临界氢含量（critical hydrogen content）：特定应力（0.9倍抗拉强度或0.9倍的缺口抗拉强度）下材料不失效（发生延迟断裂）的最高氢含量（可扩散氢），是评价敏感性的关键指标。
3. 断裂应力比（fracture stress ratio）:充氢试样的抗拉强度与未充氢试样的比值，比值越低，氢脆敏感性越高。

四、实验流程概览

【试样制备 → 充氢处理 → 拉伸试验 → 断后氢含量测量 → 数据分析】

（1）试样制备：“三类试样”

2、充氢方法：“四种方式”

（1）电化学充氢（主流方法），溶液选择如下：

-低氢量：4g/L NaOH溶液；

-高氢量：30g/L NaCl + 3g/L NH₄SCN溶液；

-电流密度：0~20 A/m²，充氢时间依需求（如高强螺栓钢推荐48h）。

 （2）酸性溶液浸泡：常用5% HCl溶液，时间根据材料氢扩散系数调整。

3、拉伸试验：“两大方法”

（1）恒载荷拉伸试验（CLT）

• 步骤：
  a. 恒定载荷（应力比0.3~0.9）拉伸试样至断裂。
  b.记录断裂时间，若100~200h未断则停止。
  c.测量断后氢含量，重复试验获得“断裂时间-氢含量”或“断裂时间-应力比”曲线。
• 结果分析：
  • 临界氢含量：断裂时间趋近无限大时的氢含量阈值。
  • 敏感性判定：相同氢量下断裂时间越长，或相同应力比下临界氢量越高，敏感性越低。

（2）慢应变速率拉伸试验（SSRT）

• 关键参数：应变速率≤10⁻⁵/s（极低速）。
• 步骤：
  a.慢速拉伸充氢试样至断裂，记录断裂应力。
  b.计算断裂应力比（充氢/未充氢强度比值）。
  c.重复试验绘制“断裂应力比-氢含量”曲线。
• 优势：快速评估氢脆敏感性，适合对比不同材料或工艺。

4、断后处理与氢含量测量

（1）断后处理：

- 液氮保存断口→切取近断口区域→丙酮超声清洗。

- 有镀层试样需先去除镀层（如镀锌层≥15μm）。

• 方法介绍（同ISO）
  升温脱氢分析法（TDS），加热速率100℃/h，计算脱氢峰积分。
  注意事项1：测氢试样准备（从液氮中取出、清洗等】至开始测量时间不超过0.5h，并尽量保持一致；
  注意事项2：在一般情况下，可扩散氢根据氢脱附曲线的第一个峰计算；当低于400℃下观察到几个峰，可扩散氢可以通过所有峰求和计算；

五、试验报告必备内容

六、国标与ISO标准的差异

七、结语

《GB/T 39039-2020》通过系统化的充氢、拉伸和氢分析流程，为高强度钢的氢脆风险提供了科学评价工具。无论是恒载荷法（侧重长期稳定性）还是慢应变速率法（快速对比），均能有效指导材料研发与工程选型。