一辆辆满载着首钢最新研发生产的高钢级输氢管线钢运抵现场,经用户制管加工后将应用于我国第一条长距离、高压力(6.3mpa)掺氢管道项目——内蒙古包头临河输气管线。首钢集团成为国内首家实现高钢级输氢管线钢批量生产的企业。
2020年9月,我国在联合国大会上向世界宣布了碳达峰、碳中和的“双碳”目标。氢能利用对实现碳达峰和碳中和至关重要,但我国高压输氢管道一直未形成规模化工程应用,最主要问题在于高压输氢管道材料存在“氢脆”损伤。
“氢脆”是金属材料吸收氢原子后导致塑韧性降低而产生脆性断裂的现象。氢原子很小,可以轻易渗透进金属材料中,在缺陷处聚集,降低金属中裂纹萌生和扩展所需的应力,从而导致材料脆化,并且随着强度等级的提高,材料“氢脆”的敏感度显著增大。所以在首钢的输氢管线钢问世之前,高钢级输氢材料在国内还处于一片空白。
面对高难度的开发课题,首钢技术研究院组建团队,制定周密的研发生产方案,展开了18个月的“抗氢脆”研发工作。高压氢环境下的力学特性是输氢管线钢的重要物性参数。团队成员进行了大量的实验室工作,从母材内部不可逆氢陷阱类型等对氢的渗透特性的影响,到不同工艺和焊接材料条件下焊接接头的力学性能,再到夹杂物和杂质元素对氢致裂纹的成核和扩展规律影响等,积累了氢环境下不同材料的慢拉伸、断裂韧度和疲劳数据,为高钢级输氢管线钢的研发和生产打下了坚实的基础。
对于高钢级输氢管线钢来说,强度均匀性至关重要。在轧制过程中,为了保证生产顺利和强度均匀性,团队成员系统分析每一个关键工艺点的控制和影响。第二天对生产过程的把控进行细致研究,就这样反复调整了不知多少次的工艺参数,他们才走出了一条从研发到批量生产的路子,实现了输氢管线钢高质量、均质化生产。截至2月底,首钢输氢管线钢已经累计供货5800吨,全部用于生产大口径、高钢级的埋弧焊钢管,应用于内蒙古包头临河输气管线。
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