高壓(ya)氫(qing)是指其壓(ya)力(li)大(da)于(yu)15MPa的(de)氫(qing)環境。在(zai)高壓(ya)氫(qing)中,某些(xie)結構(gou)材料將(jiang)變脆(cui),有(you)可(ke)能突然(ran)失效(xiao)或(huo)延遲斷裂,在(zai)工程應用(yong)中將(jiang)造(zao)成(cheng)嚴重(zhong)事(shi)故,不僅(jin)造(zao)成(cheng)設備破(po)壞并可(ke)危及人員生(sheng)命,因此這類材料的(de)選擇應十分慎重(zhong)。
1. 在(zai)氫中不銹鋼的性能(neng)變化(hua)
在高壓氫(qing)或充氫(qing)條(tiao)件,鋼(gang)的強(qiang)度(du)和塑性將(jiang)發生變化,通(tong)常(chang)以下述公(gong)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(bu)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)體不銹(xiu)鋼具有良好的性能,而馬氏體不銹鋼(gang)、沉淀硬化不銹鋼(gang)、鐵素體不(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。

2. 在高壓氫中不銹鋼的選擇(ze)
根據不(bu)銹鋼(gang)在高(gao)(gao)壓氫(qing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)性能變化特點(dian)和(he)(he)受損程度,可對用于不(bu)同條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)壓氫(qing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)結構材料(liao)進行選擇。與(yu)高(gao)(gao)壓氫(qing)相關的(de)(de)(de)(de)設(she)備,主要(yao)是氫(qing)的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)送和(he)(he)貯存,涉及到(dao)實驗室用氣輸(shu)(shu)送系統(tong)和(he)(he)火箭發動(dong)機(ji)燃料(liao)貯存和(he)(he)使用系統(tong),其安全性是非常重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)。根據使用條件(jian),可將在高(gao)(gao)壓氫(qing)中(zhong)(zhong)應(ying)用的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)區分為結構件(jian)和(he)(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(xiu)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(yu)奧氏體不銹鋼的良好抗氫能力,使其成為重要(yao)的抗氫材(cai)料,因其價格高、強度低,常常用(yong)(yong)(yong)作(zuo)輸(shu)送管(guan)道和加氫反應器的襯(chen)里材(cai)料。可以采用(yong)(yong)(yong)堆焊,亦可采用(yong)(yong)(yong)板材(cai)襯(chen)里。0Cr18Ni11Nb和0Cr23Ni3是經常使用(yong)的(de)堆(dui)焊材料。在采用(yong)薄板襯里時,不要使結(jie)合面粘合太(tai)緊密或(huo)者留(liu)出逸氫孔,通常0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、0Cr23Ni13、0Cr21Ni6Mo9N等應用(yong)較為普遍(bian),可根據實際(ji)應用(yong)的(de)相關(guan)條件(jian)進(jin)行(xing)選擇(ze)。

