Pengaruh Hidrogen pada Logam: Hydrogen Embrittlement
Dengan kemajuan teknologi hidrogen yang sedang berlangsung, pengujian bahan menghadapi tantangan baru: karena pengaruh hidrogen (penggetasan hidrogen) pada bahan logam selama transportasi dan penyimpanan, bahan tersebut harus menjalani pengujian komprehensif. Saluran pipa dan tangki adalah metode transportasi utama untuk gas hidrogen. Di sini, ASME B31.12 memainkan peran sentral dalam pengujian material sebagai standar utama untuk pengujian pada pipa dan jalur pipa pembawa hidrogen.
- Gas hidrogen dikompresi (200-700 bar) dalam tangki hidrogen atau silinder hidrogen sebelum diangkut atau untuk tujuan penyimpanan. Untuk memastikan keamanan maksimum pada tingkat tekanan ini, stabilitas mekanis material harus dipastikan terhadap penggetasan hidrogen. Untuk memenuhi persyaratan keselamatan semaksimal mungkin, bahan yang digunakan harus dicirikan.
- Jalur pipa ideal untuk mengangkut hidrogen dalam volume besar melintasi jarak jauh. Pipa gas alam yang sudah ada—dengan adaptasi—merupakan solusi yang efisien untuk pengangkutan hidrogen. Di sini, karakterisasi material berperan penting dalam pemenuhan standar keselamatan agar infrastruktur yang ada dapat digunakan secara optimal baik untuk gas alam maupun hidrogen. Dimungkinkan juga untuk mencampur hidrogen dengan gas alam. Dalam pengembangan dan adaptasi infrastruktur baru, penting untuk mengetahui kekuatan komponen yang digunakan dalam hal sifat penggetasan hidrogennya.
Hydrogen embrittlement dan perilaku material dalam lingkungan hidrogen pada tekanan tinggi adalah elemen inti terkait kontrol kualitas dan pengembangan material baru.
Metode standar TSolusi pengujian di lingkungan hidrogen terkompresi Standar keamanan Proyek pelanggan yang menarik
Apa itu pengerasan hidrogen/hydrogen embrittlement?
Hydrogen embrittlement terjadi ketika hidrogen menembus logam, sehingga logam kehilangan duktilitasnya (kemampuan untuk ditarik atau dibentuk) dan menjadi rapuh/brittle seiring waktu. Hal ini menyebabkan kegagalan dini di bawah yield strength logam atau tegangan desain komponen yang bersangkutan. Dengan kata lain, material tersebut secara bertahap mengalami kelelahan.
Tergantung pada sumber hidrogen, terdapat perbedaan antara dua jenis hidrogen embrittlement (HE):
- Hidrogen embrittlement internal. Di sini, hidrogen menembus material selama proses manufaktur.
- Hydrogen-environment embrittlement (HEE). Proses ini melibatkan penyerapan hidrogen dari lingkungan yang menyebabkan embrittlement material.
Metode pengujian untuk menentukan perilaku logam di bawah pengaruh hidrogen (hidrogen embrittlement)
Banyak metode pengujian standar yang digunakan untuk menentukan perilaku logam di bawah pengaruh hidrogen. ZwickRoell menawarkan solusi pengujian yang tepat untuk jenis uji ini:
- Standar ASTM F519 menjelaskan metode pengujian mekanis dengan pembebanan berkelanjutan untuk mengevaluasi perilaku bahan logam berkekuatan tinggi di bawah pengaruh hidrogen (penggetasan hidrogen, proses pelapisan)
- Standar menjelaskan metode pengujian yang dipercepat untuk menentukan kerentanan bahan logam berkekuatan tinggi terhadap kegagalan yang tertunda waktu karena hidrogen.
- Standar ASTM E1681 mendefinisikan metode untuk menentukan faktor intensitas tegangan ambang untuk retak bahan logam yang dibantu lingkungan. Metode pengujian ini juga ditentukan oleh standar ASME B31.12 dalam konteks pengujian pipa dan pengujian pipa di lingkungan hidrogen.
Di antara kondisi lainnya, pengujian standar berikut dilakukan dalam lingkungan hidrogen:
- Uji tarik: ASTM E8 uji tarik pada logm (serta ISO 6892-1)
- Uji mulur: ASTM E139 Pedoman untuk melakukan uji mulur, pecah mulur, dan pecah tegangan pada bahan logam, Pengujian mulur uniaksial ISO 204 dalam tegangan, ASTM E1457 Metode uji standar untuk mengukur waktu pertumbuhan retak mulur pada logam
- SSRT (pengujian laju regangan lambat): ASTM G129, ASTM G142
- Kelelahan mulur / pertumbuhan retakan kelelahan mulur: ASTM E2714, ASTM E2760
- Fraktur mekanik ASTM E399 K1Cfaktor intensitas tegangan kritis, ASTM E1820, BS8571, ASTM E647 Tingka pertumbuhan retak
- Kelelahan siklus rendah / LCF: ASTM E606
- Kelelahan siklus tinggi / HCF: DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099
- Pengujian seperti ISO 9015 – Uji hardness pada sambungann las busur, ISO 22826 – Pengujian hardness sambungan sempit yang dilas dengan sinar laser dan elektron menurut Vickers dan Knoop, ISO 2639 – Penentuan dan verifikasi kedalaman kotak karburasi dan pengerasan
Sistem pengujian dan opsi untuk simulasi lingkungan hidrogen terkompresi
ZwickRoell menawarkan solusi untuk penentuan yang akurat sejauh mana saluran pipa dan tangki rentan terhadap retakan akibat hidrogen. Temuan dan hasil dari pengujian dan investigasi kemudian dimasukkan ke dalam pendekatan desain berbasis mekanika rekahan untuk infrastruktur transportasi dan penyimpanan hidrogen untuk memastikan keamanan maksimal dari material struktural.
Mesin uji Creep, mesin pengujian universal statis dan sistem pengujian servohydraulic hingga 100 kN digunakan untuk uji ini. Berbagai macam pengujian meliputi tensile tests, fatigue tests, dan fracture mechanics investigations yang dilakukan pada tekanan hingga 1.000 bar di lingkungan hidrogen melalui autoklaf hidrogen (hingga 400 bar; versi khusus hingga 1.000 bar) atau adaptor spesimen berongga (teknologi spesimen berongga; hingga 200 bar), dan pada suhu mulai dari -85 °C hingga +150 °C.
Perbandingan antara teknologi autoklaf dan metode spesimen berongga
| Autoklaf | Spesimen berongga | |
|---|---|---|
| Keunggulan |
|
|
| Kekurangan |
|
|
Tinjauan tentang standar keselamatan
- GB/T 26466: Kapal Luka Pita Baja Datar Stasioner untuk Penyimpanan Hidrogen Tekanan Tinggi
- GB/T 35544: Silinder yang Diperkuat Serat Karbon yang Dibungkus Sepenuhnya dengan Liner Aluminium untuk Penyimpanan Theon-Board dari Hidrogen Terkompresi sebagai Bahan Bakar untuk Kendaraan Darat
- GB/T 34542: Sistem Penyimpanan dan Transportasi untuk Gas Hidrogen - Bagian 1: Ketentuan Umum
- EN 17533: Gas Hidrogen - Silinder dan Tabung untuk Penyimpanan Stasioner
- EN 17339: Silinder Gas yang Dapat Diangkut - Silinder dan Tabung Komposit Karbon yang Dibungkus Sepenuhnya untuk Hidrogen
- ISO 19881: Gas Hidrogen - Wadah Bahan Bakar Kendaraan Darat
- Standar CGA G-5.4-2019 untuk Sistem Perpipaan Hidrogen di Lokasi Pengguna
- Sistem Pipa Hidrogen CGA G-5.6-2005
- CGA G-5.8-2007 Sistem Pemipaan Hidrogen Tekanan Tinggi di Lokasi Konsumen
- ASME B31.12- 2019 Perpipaan dan Saluran Pipa Hidrogen
- Pedoman Desain ASME STP-PT006-2017 untuk Perpipaan dan Saluran Pipa Hidrogen
