ГОСТ Р МЭК 62282-3-100—2014
Приложение В
(рекомендуемое)
Науглероживание и совместимость материала для работы с водородом
В.1 Науглероживание
Обычное науглероживание — это известная проблема для высокотемпературных сплавов в печах парового
риформинга. Она вызвана прониканием в материал углерода, источником которого является крекинг углеводоро да.
что приводит к образованию карбидов внутри металлической матрицы. Протеканию данного процесса способ
ствуют высокие температуры, как правило, выше 800 "С. что. в конечном смете, приводит к потере пластичности.
Известно, что науглероживание сплава ведет к снижению пластичности при температуре окружающей сре
ды. Поглощение углерода приведет к увеличению обьема металла и коэффициента расширения, создавая боль
шие внутренние напряжения, что вызывает преждевременный выход оборудования из строя. Как правило, выход
из строя происходит из-за разрушения при ползучести и мапоцикловой усталости. Если науглероживание значи
тельно. оно также может повлиять на ползучесть при повышенных температурах и на прочностные характеристики.
Очевидно, различные сплавы имеют различную устойчивость к науглероживанию.
Скорость науглероживания изменяется в зависимости от параметров:
a) Температура — скорость удваивается примерно вдвое при каждом повышении на 55".
b
) Кинетика реакции регулируется соотношением СО/СО. в газе и температурой.
c)Условиямидля интенсивного науглероживания являются потоки газа, содержащего СО/СН^Н. с низким со
отношением пар.’углерод, средней температурой (как правило, от 450 ’С до 850 "С) и оксидный слой с дефектами.
d) Содержание никеля и кремния — предпочтительны высокие значения содержания.
e) Защитные и восстанавливающие оксидные пленки — в сплаве предпочтительны Cr, Si и AI.
Данные закономерности являются общими и могут не подходить для всех комбинаций материапов|’окружаю-
щих условий вследствие аномального характера реакций металла.
8.2 Совместимость материала для работы с водородом
В.2.1 Общие положения
Компоненты, в которых проходит технологический процесс с газообразным водородом или водородосодер
жащей средой, а также все детали, используемые для герметизации или соединения этих компонентов, в рабочих
условиях должны быть достаточно устойчивы к химическому и физическому действию водорода.
В.2.2 Металлы и металлические материалы
Пользователи настоящего стандарта должны знать, что конструкционные материалы, подвергающиеся воз
действию водорода в условиях эксплуатации этих материалов, могут быть более восприимчивы к коррозии, вызы
ваемой водородом, через различные механизмы, такие как водородное охрупчивание и водородная коррозия. Во
дородное охрупчивание определено как процесс, приводящий к уменьшению прочности или пластичности металла
вследствие проникновения атомарного водорода. Традиционно признается два типа водородного охрупчивания.
Первый тип. известный как внутреннее водородное охрупчивание, происходит, если водород проникает в матрицу
металла при использовании различных способов обработки материала и происходит перенасыщение металла
водородом. Второй тип. внешнее водородное охрупчивание, происходит при абсорбции водорода твердыми ме
таллами из окружающей среды.
Атомарный водород, растворившийся внутри металла, взаимодействует с собственными дефектами метал
ла. как правило, повышая склонность к распространению трещин, что приводит к ухудшению основных свойств, та
ких как пластичность и трещиностойкость. На трещинообразование в металлах под действием водорода оказыва ют
большое влияние как параметры материала, так и параметры окружающей среды. Микроструктура материала
является важным аспектом, поскольку вторичные фазы, которые могут присутствовать или не присутствовать из-за
различий в составе или обработке, могут повлиять на стойкость металла к образованию трещин. Вторичные фазы,
такие как ферритные строчечные включения в аустенитной нержавеющей стали, могут также иметь необычную
ориентацию, приводящую к значительной анизотропии реакции в материалах. Вообще металлы могут обрабаты
вать таким образом, чтобы получить широкий диапазон прочности; известно, что стойкость к образованию трещин
под воздействием водорода снижается по мере возрастания прочности сплава.
Параметры окружающей среды, влияющие на образование трещин под действием водорода, включаютдав
ление водорода, температуру, химическую среду и величину нагрузки. В целом, трещинообразование увеличи
вается по мере повышения давления водорода. Влияние температуры может быть неравномерным. Некоторые
металлы, такие как аустенитная нержавеющая сталь, проявляют локальный максимум в трещинообразовании под
действием водорода в зависимости от температуры.
По не совсем понятной причине незначительные газовые примеси в водороде также могут влиять на
трещинообразование.
Например, влага может оказаться губительной для сплавов алюминия, поскольку при влажном окислении
получается высоколетучий водород, в то время как для некоторых марок стали считается, что влага повышает
57