Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие науки и промышленности требует использования газообразного водорода практически во всех отраслях народного хозяйства. Транспортирование водорода и его хранение осуществляется, главным образом, с помощью баллонов.
Основной тенденцией при конструировании баллонов остается принцип максимально возможного снижения их относительного веса на 1 м3 содержащегося газа при одновременном повышении рабочего давления, что достигается, главным образом, повышением прочности применяемого материала. Одновременно с этим материал должен обеспечивать высокую сопротивляемость развитию трещин в условиях сложнонапряженного состояния, ударных, циклических и импульсных нагрузок. Режим работы водородных баллонов осложняется еще и охрупчивающим воздействием водорода на металл, степень которого находится в прямой зависимости от характеристик прочности материала и рабочего давления водорода.
Несмотря на последние теоретические разработки и большое количество работ прикладного характера по вопросам водородного охрупчивания, решение проблемы создания облегченных баллонов для газообразного водорода требует проведения дальнейших комплексных исследований.
Кроме этого остаются нерешенными вопросы научного обоснования позитивного отечественного опыта длительной эксплуатации водородных баллонов, которые используются в настоящее время.
- 4 -Цель работы. Создание облегченных баллонов большого объема на рабочее давление газообразного водорода 40,0 МПа. В работе поставлены и решены следующие задачи:
исследование металла баллонов отечественного производства после длительной эксплуатации и оценка влияния контакта водорода высокого давления на их механические и эксплуатационные свойства;
поиск возможного показателя, который характеризует стойкость металла баллонов против водородной хрупкости;
исследование и выбор высокопрочной марки стали и режимов термической обработки для изготовления облегченных баллонов с помощью установленного показателя;
разработка технологии изготовления облегченных баллонов большого объема для газообразного водорода на рабочее давление 40,0 МПа.
Теоретическая ценность исследований и их научная новизна Впервые проведено комплексное изучение влияния длительной эксплуатации на механические и эксплуатационные свойства металла баллонов из стали "Д"(45) и 38ХА на рабочее давление 15,0 и 20,0 МПа соответственно, стойкости против водородной хрупкости и характера их разрушения.
Выявлен показатель, который характеризует эксплуатационную надежность материала в водородсодержащей среде повыиен-ного давления, когда наличие технологических концентраторов напряжения становится особенно опасным.
Исследована зависимость изменения механических свойств показателя эксплуатационной надежности стали марок 35ХНЗІШ, 35ХМБФ.45ХМБФ в среде газообразного водорода давлением до
40.0 Mia.
Для производства баллонов большого объема разработаны и предложены термически улучшенные марки стали 35ХМБФ и 45ХМБФ, а также режимы их термической обработки, что позволяет получить более высокие показатели механических свойств, высокую стойкость против водородного охрупчивания в среде газообразного водорода.
Практическая ценность. На основе экспериментальных исследований предложена новая технология производства баллонов большого объема для газообразного водорода на рабочее давление Р=40,0 МПа, которая позволяет использовать способ ковки предварительно нагретых концов бесшовных труб в штампах на пневматическом молоте для формирования днищ и горловин из высокопрочной конструкционной стали 35ХНЗМФА.
Разработаны технологические мероприятия, которые позволяют повысить эксплуатационную надежность баллонов большого объема в условиях длительной эксплуатации.
Уровень реализации и внедрение научных разработок На производственном объединении "Баррикады" внедрена разработанная технология производства облегченных баллонов большого объема из стали 35ХНЗМФА на рабочее давление газообразного водорода 40,0 МПа. Это позволило повысить работоспособность баллонов минимум на 40 %.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на следующих научных совещаниях:
-
Всесоюзной конференции "Основные направления создания и совершенствования сосудов, аппаратов, котлов, и трубопроводов высокого давления" г. Иркутск, 1991 г.
-
Научном семинаре Государственного трубного института (ГТИ) г. Днепропетровск (1992-1993 р.).
-
Научном семинаре СКТВ ФМИ им. Карпенко АН Украины г. Львов. (1992 г.).
-
1 Международном семинаре "Системы Металл-водород" (г. Донецк, октябрь 1992 г.).
-
Объединенном научном семинаре кафедры МТО Государственной металлургической академии Украины и отдела термической обработки труб и трубных изделий Государственного трубного института ГТИ (ВНИТЮ г. Днепропетровск 1994 г.
Публикации. Содержание основных разделов диссертации опубликовано в 2 статьях и 2-х тезисах докладов. Оригинальные технические решения защищены положительными решениями Госкомизобретений, на одно из которых получен патент.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вступления, 5 разделов (глав), выводов, списка литературы из 114 наименований и 2 приложений. Работа напечатана на 139 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 36 рисунков.
