🔬 Technologische Grenze 🔬 Hochfester austenitischer Edelstahl mit ausgezeichneter Tieftemperaturzähigkeit für Umgebungen mit flüssigem Wasserstoff

Wasserstoff ist eine der Schlüssellösungen für das Problem fossiler Brennstoffe und es wird erwartet, dass die weltweite Nachfrage nach Wasserstoff steigen wird. Daher wird eine große Menge Wasserstoff auf dem Seeweg transportiert und in Häfen zwischen den Kontinenten gespeichert. Im Hinblick auf die Speicherung und den Transport von Wasserstoff ist flüssiger Wasserstoff mit hoher Volumendichte besser für den Transport oder die Speicherung geeignet als gasförmiger Wasserstoff. Insbesondere für die Speicherung von flüssigem Wasserstoff muss das Tankmaterial niedrigen Temperaturen (-253 °C) standhalten und eine gute Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung aufweisen. Es ist bekannt, dass stabiler Austenit eine bessere Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung aufweist als metastabiler Austenit. Daher sollte die Austenitstabilität von Stahl bei der Konstruktion der Legierung berücksichtigt werden.

Für den Einsatz unter Niedrigtemperaturbedingungen hat POSCO (Pohang Iron and Steel Company) in Südkorea eine neue Legierung mit Stickstoffzusatz entwickelt, da Stickstoff das beste Legierungselement ist, das sowohl die Austenitstabilität als auch die Festigkeit von Edelstahl verbessern kann. Die Zugabe von Stickstoff verringert jedoch die Tieftemperaturzähigkeit, da Stickstoff die Stapelfehlerenergie (SFE) verringert.

Aus diesem Grund hat POSCO einen austenitischen Edelstahl mit hohem Stickstoffgehalt und optimiertem Zusammensetzungsdesign neu entwickelt, der eine hohe Festigkeit, Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und eine gute Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweist. Darüber hinaus sollten auch Schweißmaterialien entwickelt werden, die zum Stahltyp für Flüssigwasserstoffspeichertanks passen.

Index der mechanischen Eigenschaften
Zugfestigkeit 📈 | Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung 🛡️ | Duktilität bei niedrigen Temperaturen ❄️
400 MPa 📊 | RRA > 0,8 🌐 | Seitenausdehnung bei -253°C > 1,0 📏

Im Vergleich zu gewöhnlichen austenitischen Edelstählen wie 304L und 316L weist der neue flüssige Wasserstoff-Edelstahl eine höhere Festigkeit, Tieftemperaturzähigkeit und Wasserstoffversprödungsbeständigkeit auf. Der Herstellungsprozess wurde für die Produktion von Flüssigwasserstoff-Speichertanks optimiert und die Entwicklung dauerte zwei Jahre.

Im Allgemeinen beträgt der maximale Betriebsdruck von Flüssigwasserstoffspeichertanks 2 MPa, und der neue Edelstahl weist im Zustand von gasförmigem Hochdruckwasserstoff eine hervorragende Wasserstoffversprödungsbeständigkeit auf. Daher wird erwartet, dass es in Zukunft als Material für Hochdruckanlagen und Pipelines an Wasserstoffstationen verwendet wird.

Die Wandstärke von Flüssigwasserstoffspeichertanks ist groß und die Festigkeit hoch, was verringert werden kann. Durch den neu entwickelten Edelstahl mit hoher Kältezähigkeit und guter Wasserstoffversprödungsbeständigkeit kann die Lebensdauer des Wasserstoffspeichertanks verlängert werden. Darüber hinaus wurden auch Schweißmaterialien entwickelt, die für rostfreien Stahl mit hohem Stickstoffgehalt geeignet sind.

Durch die Optimierung des Legierungsdesigns und die Kontrolle von Legierungselementen wie Stickstoff, Mangan und Nickel verfügt der neu entwickelte Edelstahl über hervorragende Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und ist das idealste Material in der Welt Umgebung mit flüssigem Wasserstoff. Obwohl der neu entwickelte Edelstahl einen hohen Stickstoffgehalt aufweist, weist er aufgrund der hohen Stapelfehlerenergie dennoch eine ausreichende Tieftemperaturzähigkeit in der Umgebung von flüssigem Wasserstoff auf.

TEM-Bildvergleich
Planarer Slip-Modus 🔄 | Wellenförmiger Slip-Modus 🌊
Niedrige Stapelfehlerenergie 📉 | Hohe Stapelfehlerenergie 📈
Gewöhnlicher Edelstahl mit hohem Stickstoffgehalt 📌 | Neu entwickelter Edelstahl 🚀