高壓(ya)氫是指(zhi)其壓(ya)力大于15MPa的氫環境。在(zai)高壓(ya)氫中,某(mou)些結構材(cai)料將變脆,有(you)可能突然失效或延(yan)遲斷裂,在(zai)工程應(ying)用(yong)中將造成嚴(yan)重事故(gu),不僅造成設(she)備破壞并可危及人員生命,因此這類材(cai)料的選擇應(ying)十分慎重。
1. 在氫中不銹鋼(gang)的性(xing)能變化(hua)
在高壓氫或充氫條件(jian),鋼的強度和塑(su)性將發生變化,通(tong)常以下述(shu)公式(shi)進行表述(shu)。
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,在高壓氫中奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼具有良好的性能,而馬氏體不銹(xiu)鋼、沉淀硬化不銹鋼、鐵素體(ti)不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。
2. 在高壓氫中不銹鋼的選擇
根據(ju)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在高(gao)(gao)壓(ya)氫中(zhong)的(de)性能變化(hua)特點(dian)和受(shou)損程度,可對(dui)用于(yu)不(bu)(bu)同條(tiao)件下的(de)高(gao)(gao)壓(ya)氫中(zhong)的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)結(jie)(jie)構材料進行選擇。與高(gao)(gao)壓(ya)氫相關的(de)設備,主要是氫的(de)輸送和貯存,涉(she)及到實驗室用氣輸送系統和火箭發(fa)動(dong)機燃料貯存和使用系統,其安全性是非(fei)常重(zhong)要的(de)。根據(ju)使用條(tiao)件,可將在高(gao)(gao)壓(ya)氫中(zhong)應用的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)區分為(wei)結(jie)(jie)構件和非(fei)結(jie)(jie)構件。
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(gang),304L不銹鋼,最安全的材料是316不(bu)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。
由于奧氏體不銹鋼的(de)良好抗氫(qing)能力,使其(qi)成為重(zhong)要的(de)抗氫(qing)材料,因其(qi)價格高、強(qiang)度低,常(chang)常(chang)用(yong)作輸送(song)管道和加氫(qing)反應(ying)器的(de)襯里材料。可以采用(yong)堆焊,亦可采用(yong)板(ban)材襯里。0Cr18Ni11Nb和0Cr23Ni3是經常使用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)堆焊材料。在(zai)采用(yong)(yong)(yong)薄板襯里(li)時(shi),不要使結(jie)合面粘(zhan)合太緊密或者留出逸氫孔,通常0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、0Cr23Ni13、0Cr21Ni6Mo9N等應(ying)用(yong)(yong)(yong)較為(wei)普遍,可根據實際應(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)相關條件進行選擇。