高(gao)壓氫是指其壓力大于15MPa的氫環境。在高(gao)壓氫中(zhong),某(mou)些結構材料(liao)將變脆,有可能(neng)突然失(shi)效或延(yan)遲斷裂,在工程(cheng)應用中(zhong)將造成嚴重事(shi)故,不(bu)僅造成設備破(po)壞(huai)并可危及人員生命,因此(ci)這類材料(liao)的選擇應十分慎重。
1. 在氫中(zhong)不銹鋼的性能變(bian)化
在(zai)高壓氫(qing)或(huo)充氫(qing)條(tiao)件,鋼(gang)的強度和塑性將發生變化,通(tong)常以(yi)下(xia)述公式進行表(biao)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,在高壓氫中奧氏(shi)體不銹鋼(gang)具有良好的性能,而馬氏體不(bu)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(zai)高(gao)壓氫中不銹(xiu)鋼的選擇
根(gen)據(ju)不(bu)銹鋼在高(gao)壓(ya)氫(qing)中(zhong)(zhong)的性(xing)能(neng)變化特點和受(shou)損程度,可(ke)對用(yong)(yong)于(yu)不(bu)同條(tiao)件(jian)下的高(gao)壓(ya)氫(qing)中(zhong)(zhong)的不(bu)銹鋼結(jie)構材料(liao)進行選擇(ze)。與高(gao)壓(ya)氫(qing)相關的設備,主(zhu)要(yao)是(shi)氫(qing)的輸送和貯存,涉及(ji)到(dao)實驗室用(yong)(yong)氣輸送系統和火箭發動機燃料(liao)貯存和使用(yong)(yong)系統,其安(an)全性(xing)是(shi)非常重要(yao)的。根(gen)據(ju)使用(yong)(yong)條(tiao)件(jian),可(ke)將(jiang)在高(gao)壓(ya)氫(qing)中(zhong)(zhong)應(ying)用(yong)(yong)的不(bu)銹鋼區分為結(jie)構件(jian)和非結(jie)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(yu)奧氏體不銹(xiu)鋼的良好抗氫(qing)能力,使其成為(wei)重要(yao)的抗氫(qing)材(cai)料,因其價格(ge)高(gao)、強(qiang)度低,常(chang)常(chang)用(yong)作輸送管道(dao)和加氫(qing)反應器的襯里(li)(li)材(cai)料。可以采(cai)用(yong)堆焊,亦可采(cai)用(yong)板(ban)材(cai)襯里(li)(li)。0Cr18Ni11Nb和0Cr23Ni3是經常(chang)(chang)使(shi)用(yong)的堆焊(han)材料。在采用(yong)薄板襯里(li)時(shi),不要使(shi)結(jie)合面粘(zhan)合太緊密(mi)或者留出逸(yi)氫孔(kong),通常(chang)(chang)0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、0Cr23Ni13、0Cr21Ni6Mo9N等應(ying)用(yong)較為普(pu)遍,可(ke)根據實際應(ying)用(yong)的相關條件進行選擇。

