在航空航天领域,高超声速技术的发展对设备材料提出了严苛的要求。特别是在激波风洞等超高压氢环境中,材料常常面临氢脆、氢腐蚀等损伤,严重影响其使用寿命和安全性。当前常用的抗氢钢已难以满足极端氢环境下的性能需求。因此,研究适用于超高压氢环境的抗氢钢材料对于保障设备的安全运行至关重要。
然而,目前的研究尚存在多个不足。常规抗氢钢在超高压氢环境中劣化迅速,现有的氢损伤机理尚无统一的解释。加之,常规电化学充氢试验与实际工况差异较大,导致实验结果难以准确反映真实环境下的材料表现。此外,氢损伤的相关实验数据有限,难以满足工程应用对材料性能的综合评估需求。
最近,中国空气动力研究与发展中心的孔荣宗副研究员及其团队,通过文献研究系统分析了国内外高压氢环境下材料的氢损伤研究进展。他们综述了铬钼钢、单相奥氏体不锈钢、沉淀硬化奥氏体合金以及镍基合金在氢环境中的抗氢性能,分析了不同材料的应用前景,并提出了未来的研究方向。
相关研究成果以“超高压临氢环境用抗氢钢研究进展”为题目,发表于《钢铁研究学报》2023年第35卷第9期。论文作者为:廖振洋,张继舜,赵吉庆,杨钢,孔荣宗*。
该论文的主要研究结果与结论如下:
铬钼钢:铬钼钢由于良好的经济性和综合性能,广泛用于储氢容器和加氢反应器,但在超高压氢环境中性能下降明显,使用风险较高。
单相奥氏体不锈钢:此类不锈钢抗氢性能优异,适用于严苛氢环境,但其强度较低,限制了在高压氢环境下的适用性。
沉淀强化奥氏体合金:该合金在室温和高温下表现出良好的力学性能,但预充氢条件下抗氢脆性能低于单相奥氏体合金,需进一步验证其在超高压氢环境下的安全性。
镍基合金:镍基合金具有良好的抗高温氢腐蚀性能,但在高压氢环境中容易发生氢脆现象,适用范围较为有限。
论文中的主要图片和表格如下:
图1 弱键理论示意图
图2 氢致局部塑性变形理论示意图
图3 氢致位错发射理论示意图
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