NIST опубликовал первые результаты изучения водородного топлива

Исследователи из Национального института стандартов и технологий США (NIST) опубликовали первые результаты работы нового исследовательского объекта по изучению водородного топлива. В статье рассматриваются эффект водородного охрупчивания при взаимодействии этого материала с тремя различными типами стального трубопровода. Результаты исследования должны помочь при разработке систем транспортировки водорода и средств его доставки.

Первые опыты исследовательской группы во многом подтвердили результаты экспериментов ученых, которые ранее занимались изучением данной проблемы. В тоже время специалисты NIST проводили опыты с новыми типами легированной стали. Более того, по их словам, данная работа закладывает основу для основного проекта NIST, который предполагает изучение в значительной степени неисследованного эффекта совокупного влияния водорода в сочетании с эффектом усталости материала на срок службы трубопроводов.

Эффект от воздействия водорода на стальные сплавы при определенных условиях достаточно хорошо изучен. Водород может в считаные минуты привести к появлению поверхностных трещин в сплаве и в конечном итоге сделать его более хрупким. Трубопроводы для транспортировки природного газа или нефти под высоким давлением зачастую подвержены негативному воздействию со стороны даже небольшого количества водорода, но эффект, как правило, незначителен и предприятия нефтегазовой промышленности могут не обращать на подобное внимание. Но если начать перекачку через подобные трубы водорода под давлением, ситуация изменится: потребуется разработка более прочных материалов. Отметим, что трубопроводы станут ключевым элементом системы транспортировки и распределения водородного топлива для транспортных средств или домохозяйств. Новый исследовательский объект NIST - крупнейший в США - как раз и занимается поиском нового материала.

По словам инженера-исследователя NIST и специалиста по материаловедению Эндрю Слифка, текущие результаты продемонстрировали "классический эффект водородного охрупчивания, согласно которому с повышением прочности стали растет и влияние охрупчивания". Исследования NIST отличались от предыдущих аналогов тем, что учение провели тесты с помощью газа под давлением и исследовали расширение перспективного сплава X100. Этот современный высокопрочный стальной сплав пока еще не используется в Соединенных Штатах. Экспериментаторы испытывали новый материал на предмет предела прочности на растяжение. Они старались зафиксировать уровень механического напряжения металла, при котором он перестает возвращаться в предыдущую форму, как пружина, а начинает растягиваться, как тянучка (достигает предела текучести). Ученые показали, что эффект водородного охрупчивания начинает играть роль именно в таких переходных точках. При достижении материалом предела прочности, появляются и начинают активно расти поверхностные трещины.

Слифка говорит, что результаты исследования являются полезным базисом, но "никто не использует трубопроводы из материала на пределе текучести." Теперь ученых волнует другой вопрос: смогут ли они добиться тех же результатов в ходе испытаний на усталость? В данном случае речь идет об усталостном воздействии, которое подразумевает многократное механическое напряжение и ослабление металла. Этот опыт гораздо лучше отражает ежедневное использование газопроводов. Но ученые пока собрали относительно мало данных о его (эффекта) влиянии на водородное охрупчивание, особенно касательно трубопроводов для транспортировки водорода. Основным направлением деятельности исследовательского объекта NIST как раз и будет сбор этих данных.

Изучение эффектов усталости материала почти всегда является исключительно трудоемким процессом, но на этот раз все иначе. Команда ученых NIST разработала интеллектуальную систему компоновки, которая позволяет им объединить в цепь несколько испытательных образцов и одновременно тестировать их, собирая независимые данные для каждого из образцов. В рамках обычных методов типичное тестирование одного образца может занять от двух до трех недель. За тот же промежуток времени новый аппарат для тестирования может сгенерировать объем данных, на получение которого ушло бы около шести месяцев.