Как применить наши знания о водородном охрупчивании?
Узнайте, как можно снизить усталость деталей и циклические нагрузки благодаря правильному выбору материалов.
(+) Смотреть расшифровку
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Добро пожаловать на серию «Задай вопрос Swagelok»! Я Крейг Гиффорд, и сегодня со мной Бадди Дэмм, наш старший научный сотрудник по металловедению. Мы продолжаем говорить о водородном охрупчивании. Итак, сегодня ответим на следующий вопрос: «Как Swagelok применяет наши знания о водородном охрупчивании?»
БАДДИ ДЭММ:
Хороший вопрос на самом деле. Первое, что я скажу — водородная экономика и рынок водорода очень активно развиваются.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
О, да.
БАДДИ ДЭММ:
Исследования и разработки, ведущиеся в национальных лабораториях и университетах на уровне стран и компаний, очень динамичны. Появляется много новой информации, поэтому мы стараемся не упускать этот момент. Мы рядом с нашими клиентами. У нас много успешных проектов в области водорода, и мы хотим продолжать получать новый опыт.
Когда мы подходим к выбору материала, один из применяемых нами инструментов — это так называемое относительное сокращение площади. Итак, если взять материал и проверить его в воздухе на растяжение до разрыва, вы можете измерить пластичность через определенное сокращение площади. Если повторить такое испытание в водородной среде, вы получите меньшее сокращение площади. Эту относительную разницу между водородом и воздухом можно выразить в процентах.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Хорошо.
БАДДИ ДЭММ:
Итак, если вы проведете испытания, а я скажу, что аустенитные нержавеющие стали являются одним из наиболее распространенных сплавов, способных работать с водородом. Но если проверить нержавеющую сталь 304, то получите относительное сокращение площади примерно на уровне 50%.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Хорошо.
БАДДИ ДЭММ:
А если вы возьмете сталь 316 L, то получите около 80%.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Ого!
БАДДИ ДЭММ:
Это намного лучше. В Swagelok мы используем улучшенную сталь 316 L с небольшим количеством добавок, и это дает вам относительное сокращение площади 90%.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Понятно.
БАДДИ ДЭММ:
Нужно сказать, что критичными становятся и такие вещи, как сварка.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Все верно.
БАДДИ ДЭММ:
Многие наши клиенты сваривают трубки по всей длине и с нашими компонентами. Поэтому мы хотим понять, как работает такой сварной шов. Когда мы испытываем сварной шов в водороде, то получаем относительное сокращение площади на 85% по сравнению с 90.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
А это не так уж и много. Все равно хорошо.
БАДДИ ДЭММ:
Да, очень хорошо. Еще одна область, вызывающая беспокойство — деформационное упрочнение. Для повышения прочности нержавеющей стали 316 мы подвергаем ее деформационной закалке, или холодной обработке. И мы делаем это, чтобы удержать большое давление.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Хорошо.
БАДДИ ДЭММ:
Рабочее давление водорода может составлять около 700 бар или 10 000 psi. Когда мы испытывали свою продукцию после холодной закалки, мы получили относительное сокращение площади 85% по сравнению с 90.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Это круто.
БАДДИ ДЭММ:
Но в реальности, конечно, мы не проектируем для разрушающих нагрузок, верно? Напротив, внешние факторы обуславливают циклы изменения давления. Циклические нагрузки приводят к накоплению повреждений в результате усталости. Поэтому важно понять: «Как водород влияет на усталость?»
Если вы проверите нержавеющую сталь 304 и сравните ее характеристики на воздухе и в водороде, этот материал теряет около 90% срока своего усталостного цикла.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Хорошо.
БАДДИ ДЭММ:
Если проверите 316 L и 316 L с немного лучшим содержанием добавок, вы получите примерно 70% от потери циклического ресурса.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Это все еще серьезно.
БАДДИ ДЭММ:
Но разница большая. И если вы сделаете правильный выбор на стадии проектирования, чтобы справиться с нагрузками, то сможете затем восстановиться. Так, например, умеренное снижение нагрузок может увеличить циклический ресурс в десять раз. Всё это действительно может изменить ситуацию.
КРЕЙГ ГИФФОРД:
Что ж, прекрасно. Ага. Отлично, спасибо за ответы, Бадди! Спасибо за участие в нашей серии.
