🔬 Технологический рубеж 🔬 Высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь с превосходной низкотемпературной вязкостью в среде жидкого водорода

Водород является одним из ключевых решений проблемы ископаемого топлива, и ожидается, что глобальный спрос на водород увеличится. Поэтому большое количество водорода будет транспортироваться по морю и храниться в портах между континентами. С точки зрения хранения и транспортировки водорода жидкий водород с высокой объемной плотностью более пригоден для транспортировки или хранения, чем газообразный водород. В частности, для хранения жидкого водорода материал резервуара должен выдерживать низкие температуры (-253 ℃) и иметь хорошую стойкость к водородному охрупчиванию. Хорошо известно, что стабильный аустенит обладает большей устойчивостью к водородному охрупчиванию, чем метастабильный аустенит. Поэтому при проектировании сплава следует учитывать устойчивость аустенита стали.

Для использования в условиях низких температур компания POSCO (Pohang Iron and Steel Company) в Южной Корее разработала новый сплав с добавлением азота, поскольку азот является лучшим легирующим элементом, который может улучшить как стабильность аустенита, так и прочность нержавеющей стали. Однако добавление азота снизит низкотемпературную вязкость, поскольку азот уменьшит энергию дефекта упаковки (SFE).

Поэтому компания POSCO недавно разработала аустенитную нержавеющую сталь с высоким содержанием азота и оптимизированным составом, которая обладает высокой прочностью, стойкостью к водородному охрупчиванию и хорошей ударной вязкостью при низких температурах. Кроме того, необходимо разработать сварочные материалы, соответствующие типу стали резервуаров для хранения жидкого водорода.

Индекс механических свойств
Предел прочности 📈 | Устойчивость к водородному охрупчиванию 🛡️ | Низкотемпературная пластичность ❄️
400 МПа 📊 | RRA > 0,8 🌐 | Боковое расширение при -253°C > 1,0 📏

По сравнению с обычными аустенитными нержавеющими сталями, такими как 304L и 316L, новая нержавеющая сталь с жидким водородом обладает более высокой прочностью, низкотемпературной вязкостью и стойкостью к водородному охрупчиванию. Производственный процесс был оптимизирован для производства резервуаров для хранения жидкого водорода, разработка заняла два года.

Как правило, максимальное рабочее давление резервуаров для хранения жидкого водорода составляет 2 МПа, а новая нержавеющая сталь обладает превосходной стойкостью к водородному охрупчиванию в состоянии газообразного водорода под высоким давлением. Поэтому в будущем его предполагается использовать в качестве материала для устройств высокого давления и трубопроводов на водородных станциях.

Толщина стенок резервуаров для хранения жидкого водорода велика, а прочность высока, и ее можно уменьшить. Благодаря новой разработанной нержавеющей стали с высокой низкотемпературной вязкостью и хорошей стойкостью к водородному охрупчиванию срок службы резервуара для хранения водорода может быть продлен. Кроме того, были разработаны сварочные материалы, подходящие для нержавеющей стали с высоким содержанием азота.

Благодаря оптимизации конструкции сплава и контролю таких элементов сплава, как азот, марганец и никель, недавно разработанная нержавеющая сталь обладает превосходными свойствами, такими как высокая прочность, низкотемпературная ударная вязкость и стойкость к водородному охрупчиванию, и является наиболее идеальным материалом в среда жидкого водорода. Хотя недавно разработанная нержавеющая сталь имеет высокое содержание азота, она по-прежнему обладает достаточной низкотемпературной вязкостью в среде жидкого водорода из-за высокой энергии дефекта упаковки.

Сравнение изображений ПЭМ
Режим плоского скольжения 🔄 | Режим волнистого скольжения 🌊
Низкая энергия дефекта суммирования 📉 | Высокая энергия дефекта суммирования 📈
Обычная нержавеющая сталь с высоким содержанием азота 📌 | Новая разработка из нержавеющей стали 🚀