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Système d'essai de mesure et de contrôle de Kyle (tianjin) Co., Ltd

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Système d'essai environnemental hydrogène fragile haute température et haute pression

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Vue d'ensemble

Système d'essai environnemental à haute température et haute pression d'hydrogène $R $n l'essai environnemental à haute température et haute pression d'hydrogène d'hydrogène d'hydrogène de fragilisation fait référence au phénomène de rupture fragile des matériaux (en particulier les métaux) en raison de l'infiltration d'atomes d'hydrogène dans l'environnement d'hydrogène, et L'essai environnemental à haute température et haute pression d'hydrogène d'hydrogène est un moyen clé de simuler les conditions de service des matériaux dans des scénarios industriels tels que l'alchimie du pétrole, le stockage de l'énergie Ce type d'essai est généralement réalisé sous atmosphère d'hydrogène à une température de 100 - 600°c et une pression de 1 - 20 MPa, en se concentrant sur la diffusion des atomes d'hydrogène à l'intérieur du matériau, le mécanisme d'agrégation et son influence sur les propriétés mécaniques.

Détails du produit

Système d'essai environnemental hydrogène fragile haute température et haute pression: principes, méthodes et applications

I. contexte expérimental et concepts de base

La fragilisation à l'hydrogène fait référence au phénomène de rupture fragile des matériaux (en particulier des métaux) dans l'environnement de l'hydrogène en raison de l'infiltration d'atomes d'hydrogène, tandis que les essais environnementaux à haute température et à haute pression contre l'hydrogène sont des moyens clés pour simuler les conditions de service des matériaux dans des scénarios industriels tels que la condensation du pétrole, le stockage de l'énergie de l'hydrogène et d'autres, afin d'évaluer leurs propriétés de résistance à la fragilis Ce type d'essai est généralement réalisé sous atmosphère d'hydrogène à une température de 100 - 600°c et une pression de 1 - 20 MPa, en se concentrant sur la diffusion des atomes d'hydrogène à l'intérieur du matériau, le mécanisme d'agrégation et son influence sur les propriétés mécaniques.

II. Objectif de l’essai et scénarios d’application

Besoins dans le domaine industriel

Pétrochimie: les réacteurs d'hydrogénation, les conduites d'hydrogène provisoires (telles que les équipements en acier Cr - Mo dans les unités d'alchimie) doivent résister à la corrosion par l'hydrogène à haute température et à haute pression.

Industrie de l'hydrogène: évaluation des risques de fragilisation par l'hydrogène pour les réservoirs de stockage d'hydrogène, les matériaux de plaque de pile à combustible à hydrogène (par exemple, alliage de titane, alliage d'aluminium).

Nouveaux équipements énergétiques: choix des matériaux et prévisions de durée de vie pour les lignes d'hydrogène haute pression, les équipements des stations d'hydrogène.

Valeur de la recherche scientifique

Mettre en évidence le mécanisme de fragilisation par l'hydrogène (par exemple, induction de dislocations par l'hydrogène, dégagement d'hydrure);

Développement de nouveaux matériaux résistants à la fragilisation par l’hydrogène (par exemple revêtements de surface, optimisation de la composition des alliages);

Établir des modèles prédictifs de fragilisation à l'hydrogène (p. ex., des formules d'évaluation de la durée de vie fondées sur la cinétique de diffusion).

Iii. Principe d'essai et facteurs d'influence clés

Dimension d'impact	Mécanisme d'action	Effets sur la fragilisation à l'hydrogène
température	L'augmentation de la température accélère la diffusion des atomes d'hydrogène, mais une température trop élevée peut permettre aux molécules d'hydrogène de s'échapper, formant "Pression partielle d'hydrogène - température" relation non linéaire.	Température moyenne (200 - 400 ° c) Le risque de fragilisation à l'hydrogène est le plus élevé.
pression	L'hydrogène à haute pression augmente la force motrice des atomes d'hydrogène pénétrant dans le matériau, chaque augmentation de pression 1MPa， La concentration en hydrogène peut être augmentée d'environ 0,1 mol / m³.	La pression est positivement corrélée à la sensibilité à la fragilisation à l'hydrogène.
Microstructure des matériaux	La taille des grains, la distribution des particules de la deuxième phase, la densité des dislocations, etc. affectent la capture et la libération d'hydrogène.	Structure cristalline fine, faible teneur en impuretés matériau plus résistant à la fragilisation à l'hydrogène.
Mode de chargement	Les charges statiques (telles que les contraintes de traction) sont plus susceptibles d'accélérer la propagation des fissures que les charges cycliques dynamiques qui induisent des effets sur la fragilisation de l'hydrogène.	Réduction du seuil de fragilisation de l'hydrogène sous charge cyclique d'environ 30 à 50%.

Influence du mécanisme d'action dimensionnel sur la fragilisation de l'hydrogène

L'augmentation de la température accélère la diffusion des atomes d'hydrogène, mais une température trop élevée peut permettre aux molécules d'hydrogène de s'échapper, créant une relation non linéaire "pression partielle d'hydrogène - température". Les températures modérées (200 - 400 ° c) présentent le risque le plus élevé de fragilisation par l'hydrogène.

Pression l'hydrogène à haute pression augmente la force motrice de l'infiltration d'atomes d'hydrogène dans le matériau et la concentration en hydrogène peut être augmentée d'environ 0,1 mol / m³ pour chaque augmentation de pression de 1 MPa. La pression est positivement corrélée à la sensibilité à la fragilisation à l'hydrogène.

La taille des grains microstructurés du matériau, la distribution des particules de la deuxième phase, la densité des dislocations, etc. affectent la capture et la libération d'hydrogène. Structure cristalline fine, faible teneur en impuretés matériau plus résistant à la fragilisation à l'hydrogène.

Mode de chargement les charges statiques (telles que les contraintes de traction) diffèrent des effets induits sur la fragilisation de l'hydrogène par les charges cycliques dynamiques, qui sont plus susceptibles d'accélérer la propagation des fissures. Le seuil de fragilisation de l'hydrogène sous charge cyclique est réduit d'environ 30% - 50%.

Iv. Méthode d’essai et système de normes

Méthode d'essai principale

Essai de traction à haute température et haute pression de l'environnement de l'hydrogène: à température constante, pression sur l'échantillon d'essai pour appliquer une charge de traction, mesurer la limite d'élasticité, l'allongement à la rupture de l'amplitude de la chute.

Test de vitesse de propagation des fissures induites par l'hydrogène (CGR): le taux de propagation des fissures (par exemple da / DN) est calculé par un test de fatigue dans un environnement exposé à l'hydrogène sur un échantillon de fissures préfabriqué.

Test de perméation à l'hydrogène in situ (méthode devanathan): mesure de la vitesse de perméation des atomes d'hydrogène à travers un matériau en film mince à l'aide d'un poste de travail électrochimique, évaluation du coefficient de diffusion de l'hydrogène.

Normes internationales et industrielles

Astmg146: méthode d'évaluation de la fragilisation à l'hydrogène des matériaux métalliques dans un environnement d'hydrogène à haute température et haute pression;

Iso16111: spécifications techniques pour l'acier résistant à la fissuration par hydrogène pour l'industrie pétrolière et gazière;

Nacetm0177: méthode d'essai pour la résistance des matériaux à la fissuration par corrosion sous contrainte dans un environnement de sulfure d'hydrogène (certaines dispositions peuvent être assimilées à un environnement d'hydrogène).

Cinq,Système d'essai environnemental hydrogène fragile haute température et haute pressionÉquipement et processus d'essai

Équipement de base

Autoclave à hydrogène haute température: le matériau est un alliage à base de nickel (par exemple Inconel 625) équipé d'un système de contrôle de la température (précision ± 1 ° c) et d'un capteur de pression (précision 0,1 MPa);

Système d'essai mécanique: machine d'essai hydraulique servo, peut appliquer la charge axiale (gamme 0 - 500kn), soutenir la charge cyclique dynamique;

Dispositifs de surveillance de la concentration d'hydrogène: tels que la spectrométrie de masse d'ions secondaires (Sims), l'analyse thermique pulsée (PTA) pour analyser la distribution d'hydrogène à l'intérieur du matériau.

Taux de dégradation des propriétés mécaniques:

Taux de dégradation =

Température ambiante Air Performance value

Valeur de performance en environnement pro - hydrogène - valeur de performance de l'air à température ambiante× 100%

Si le taux de dégradation de la limite d'élasticité & gt; 15% et le taux de dégradation de l'allongement & gt; 20%, le risque de fragilisation par l'hydrogène du matériau est élevé.

Temps de rupture (t = f): sous contrainte constante, plus le temps de rupture de l'échantillon est court et plus la sensibilité à la fragilisation à l'hydrogène est forte, ce qui permet d'établir une courbe de « temps de rupture contrainte » (comme dans le modèle paramétrique de Larson - Miller).

Indice de fragilisation à l'hydrogène (HI): la conception du matériau doit être optimisée pour un hi > 30% calculé par rapport à la proportion de surface de rupture de clivage dans la topographie de la coupure (observation SEM).

Cas d'ingénierie et technologies de pointe

Cas: acier 15crmo pour unité d'alchimie

Des essais dans une atmosphère d'hydrogène de 300°c et 10 MPa ont montré que la contrainte de seuil de fragilisation par l'hydrogène de cet acier était réduite de 42% par rapport à l'atmosphère d'air à température ambiante et que l'alliage par addition de 0,5% V (Vanadium) augmentait la résistance à la fragilisation par l'hydrogène de 35%.

Technologie de pointe

Observation in situ de la fragilisation par l'hydrogène TEM: introduction d'une atmosphère d'hydrogène dans un miroir électrique à transmission, observation en temps réel de l'interaction des atomes d'hydrogène avec les dislocations;

Jumeaux numériques: combinaison de l'analyse par éléments finis (FEA) avec l'équation de diffusion de l'hydrogène pour prédire les zones de fragilité de l'hydrogène dans les composants complexes;

Technologie de modification de surface: Comme le dépôt de revêtement d'al₂o₃ par Pulvérisation magnétron, la perméabilité à l'hydrogène de l'alliage de titane peut être réduite de 2 à 3 ordres de grandeur.

Considérations de sécurité

Risque de fuite d’hydrogène: détection de fuite à l’hélium avant l’essai (taux de fuite & lt; 1 × 10⁻⁹ pa ・m³ / s), avec paroi antidéflagrante et détecteur de concentration d’hydrogène (seuil & lt; 4% lel);

Protection haute température et haute pression: l'autoclave à hydrogène doit être soumis à des tests non destructifs réguliers (ut / RT), le personnel d'exploitation doit porter des vêtements ignifuges et des gants anti - blanchiment;

Traitement des éprouvettes fragilisées à l'hydrogène: Les éprouvettes fracturées peuvent contenir de l'hydrogène résiduel, qui doit être recuit dans un four à vide (par exemple 300 ° C × 24 h) pour éviter une fragilisation secondaire.

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