高(gao)壓氫(qing)是指(zhi)其(qi)壓力大(da)于(yu)15MPa的氫(qing)環境(jing)。在高(gao)壓氫(qing)中(zhong),某些結構材料將變脆,有可能(neng)突然失效或延遲斷裂,在工程(cheng)應(ying)用中(zhong)將造成嚴重(zhong)事故,不(bu)僅(jin)造成設備破壞并(bing)可危及人員生命,因此這(zhe)類材料的選擇應(ying)十(shi)分慎重(zhong)。


1. 在氫(qing)中不(bu)銹鋼的性能變化


 在高壓氫或充氫條件(jian),鋼的強(qiang)度和塑性將發生變化,通(tong)常以下述公式進行表述。


 性能降低率 = (在 He 中性能 - 在 H2 中性能)/ 在 He 中性能


  在高壓氫中,一些不銹鋼的性能變化結果見表3-2、表3-3和圖3-2.




 上述的試驗結果表明,在高壓氫中奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼具有良好的性能,而馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼沉淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)鐵(tie)素體不(bu)銹鋼不具備使用價值。


  奧氏體不銹鋼形變處理既可以提高強度又可增加抗氫能力,經高能快速錘鍛的(1090~1200K) 304L不銹鋼的屈服強度可由200MPa提高到520MPa,其抗氫能力顯著提高,由抗氫能力較差轉變成可用,00Cr18Ni10和0Cr21Ni6Mn9N鋼經高能快速錘鍛造后的抗氫性能改善效果見圖3-3。


圖 3.jpg



2. 在高(gao)壓氫中不銹鋼的選擇


 根據不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在高(gao)(gao)壓(ya)氫中的(de)性(xing)能變化特點和(he)受損程度(du),可(ke)對(dui)用(yong)于不(bu)(bu)(bu)同(tong)條(tiao)件(jian)下的(de)高(gao)(gao)壓(ya)氫中的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)結構材料進行選擇。與(yu)高(gao)(gao)壓(ya)氫相關的(de)設備(bei),主要(yao)是氫的(de)輸送(song)和(he)貯存(cun),涉及到實驗室用(yong)氣輸送(song)系(xi)統(tong)和(he)火箭發(fa)動機燃料貯存(cun)和(he)使用(yong)系(xi)統(tong),其安(an)全性(xing)是非常重要(yao)的(de)。根據使用(yong)條(tiao)件(jian),可(ke)將在高(gao)(gao)壓(ya)氫中應用(yong)的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)區分(fen)為結構件(jian)和(he)非結構件(jian)。


 作為在高壓氫中應用的不銹鋼結構件,主要應選擇304不銹鋼,304L不銹鋼,最安全的材料是316不銹鋼。對于在氫中應用的材料應具有高的純潔度,理想的冶煉工藝是真空冶煉和真空自耗的雙真空工藝。當遇到要求屈服強度大于200~250MPa的使用條件,通常的18-8型奧氏體不銹鋼不能滿足要求,可采用形變熱處理使奧氏體不銹鋼的強度提高或者選用Cr-Ni-Mn-N高強奧氏體不銹鋼。


 由于奧氏體不銹(xiu)鋼的良好抗(kang)氫能力,使(shi)其成為重(zhong)要(yao)的抗(kang)氫材(cai)料,因(yin)其價格(ge)高、強度低(di),常常用作輸送管(guan)道(dao)和加氫反(fan)應(ying)器的襯里(li)材(cai)料。可以采用堆焊,亦可采用板材(cai)襯里(li)。0Cr18Ni11Nb和0Cr23Ni3是經常使用(yong)的(de)堆焊材料。在采用(yong)薄板襯里(li)時,不要使結合面粘合太(tai)緊密或者留出逸氫孔(kong),通常0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、0Cr23Ni13、0Cr21Ni6Mo9N等(deng)應用(yong)較為(wei)普遍,可根據(ju)實(shi)際應用(yong)的(de)相關條件(jian)進行選擇。