L245 無縫鋼管在4 MPa 氫氣環境下的氫脆敏感性研究

杜培恩，宋衛臣，劉 智，付國強，李 拔，汪 兵，劉清友

(1.中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257000；2.鋼鐵研究總院有限公司，北京 100081)

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氫能具有儲存運輸便捷、制備途徑多樣以及清潔無污染等突出特點，是新世紀能源結構中最為重要的部分，因此氫能發展成為了各個國家新能源戰略的重點[1，2]。發展氫能產業，對我國構建清潔低碳、安全高效的能源體系，實現碳達峰和碳中和具有重要意義。氫能利用的一個重要環節是氫氣的輸送，采用長輸管道進行輸送是一種可行而高效的方法[3-5]。預計到2030 年，我國氫氣年均需求達到4 000 萬噸，氫氣輸送管道長度將達到3 000 km。管線鋼在輸送含氫介質時，常會由于氫脆問題導致管道發生氫損傷。氫氣壓力越高，材料的強度越高，氫損傷現象越明顯，所以實際工程中氫氣管道優先選用低鋼級鋼管[5-8]。國際上唯一的氫氣管道標準ASME B31.12-2014 中推薦采用X42、X52 級鋼管進行氫氣輸送，同時規定必須考慮氫脆、低溫性能轉變等問題[2]。我國目前里程最長、管徑最大、壓力最高的氫氣管道為2015 年建成投產的濟源—洛陽輸氫管道，管道長度為25 km，管道直徑508 mm，輸氫設計壓力4 MPa，材質為L245NS[2，9]。由于L245 鋼管強度較低，一般認為其對氫脆不敏感。因此，目前對于L245 管線鋼的相關研究主要集中在油田介質對管道的內腐蝕問題[10-13]。Wang 等[14]研究發現，鐵素體+珠光體低碳鋼在高壓氫氣(30 MPa)環境下的疲勞斷裂方式由韌性斷裂轉變成脆性斷裂，其本質原因是氫進入材料內部后導致顯微組織內的亞結構發生了顯著變化?！?br>