石油、天然气输送管线在服役过程中，因为阴极保护，环境中的氢不可避免的进入到管线材料内部，产生氢脆，导致材料性能指标的降低，使材料的性能退化，是引起管线断裂的重要根源。当进入试样的氢浓度很高时就会产生氢鼓泡或氢致微裂纹，一旦出现这种不可逆氢损伤，材料的韧性和塑性就会大大降低。而且固溶在材料中的氢在承载情况下会在局部富集，造成可逆氢脆，也会导致材料的力学性能下降。所以，本文通过动态拉伸试样研究X80管线钢不同充氢密度下拉伸性能的变化规律。

试验方法

实验材料为X80高强度管线钢，化学成分为(mass%)C 0.038%，Si 0.31%，Mn 1.82%，P 0.006%，S 0.0025%，Mo 0.28%。材料的力学性能经检测，屈服强度σs=625MPa，抗拉强度σb=690MPa，断后延伸率δ=48%。拉伸试样沿管材的T-L取向取样，按照GB/T228-2002将材料加工成圆柱形拉伸试样，其标距长度为50mm，直径5mm。

电化学充氢在PS-168型恒电位仪上进行，铂电极为阳极，电解液为0.5mol/L的H2SO4溶液。充氢电流密度分别为1mA/cm2，2mA/cm2，5mA/cm2，10mA/cm2，25mA/cm2，50mA/cm2。将试样分为两组：一组试样应变速率保持5×10-3mm/min不变，充氢电流密度为1~50mA/cm2；另一组试样充氢电流密度10mA/cm2，应变速率分别为5×10-2mm/min、5×10-3mm/min、5×10-4mm/min。两组试样均拉伸至断裂，以获得试样在不同充氢电流密度和应变速率条件下的载荷-位移(P-V)曲线，全部实验在室温条件下进行。

不同充氢条件下的状态变化

加载速率对试样力学性能的影响  试验中选取充氢电流密度为10mA/cm2，分别在应变速率5×10-2mm/min、5×10-3mm/min、5×10-4mm/min条件下，获得了管线钢在不同应变速率条件下失效的临界力学性能及拉伸性能指标。

由图1可见，加载速率每降低一个数量级，材料断裂强度的下降趋势更加剧烈，加载速率降至5×10-4 mm/min，材料塑性降低88.84%，说明X80管线钢在氢环境中，对外加载荷的加载速率非常敏感。在动态充氢条件下，降低加载速率，试样的断裂强度剧烈降低。

降低动态充氢条件下拉伸的加载速率，X80管线钢的断后伸长率和断面收缩率均降低，作为塑性的主要指标断面收缩率降低更加明显，见图2。

综合实验结果表明，降低拉伸时的应变速率，材料的强度和塑性都降低，X80管线钢氢脆敏感性提高。

氢浓度对试样断裂强度的影响  由图4可见，当充氢电流密度低于10mA/cm2时，材料断裂强度的值下降较快，充氢电流密度增大到10mA/cm2时，试样真实断裂强度由1165.1MPa下降到785.2MPa，较未充氢试样断裂强度降低了379.9 MPa，当充氢电流密度在10~50 mA/cm2之间，试样断裂强度下降的趋势变缓，充氢电流密度由10 mA/cm2增至50mA/cm2，断裂强度仅降低了33.3MPa。说明X80管线钢动态充氢条件下发生断裂，主要对氢的存在非常敏感，但当材料中氢浓度达到一定值后，断裂强度对材料中氢浓度的变化敏感程度逐渐降低（见图3）。

由图4可见，塑性判据的主要指标断面收缩率下降尤其剧烈，充氢电流密度增至50mA/cm2，材料的塑性降低79%，即说明材料充氢后的塑性强烈降低，氢的存在使材料变脆。

动态充氢条件后断口形貌分析  动态充氢条件下，X80管线钢拉伸至断裂的试样断口微观形貌见图5，随着充氢电流密度的增加，逐渐以韧窝形貌向准解理—解理形貌转变，韧窝尺寸变小变浅，断口以准解理和解理形貌为主，说明X80管线钢吸收氢的量提高，导致材料脆性增加。

通过分析得知，动态充氢条件下，降低加载速率，X80管线钢的强度和塑性均降低；加载速率降至5×10-4 mm/min，材料塑性降低88.84%；动态充氢条件下，增大充氢电流密度，X80管线钢的强度和塑性均降低；X80管线钢随动态充氢电流增大，断口以韧窝形貌向准解理—解理形貌转变，材料断裂以脆性断裂为主，材料脆性增加。