氢气是一种很有前景的解决方案。从氢气的产生到最终使用，安全可靠地处理氢气是在各种应用中充分发挥氢气作为零排放燃料源潜力的关键。
然而，氢气的存储和传输却面临着一些独特的挑战。氢是元素周期表中的第一个元素，由一个带正电的质子和一个带负电的电子组成。它是最小、最轻的原子。在不断发展的氢能经济中，氢需要以液态和气态形式处理。氢的液化温度为-252.9°C(-423°F)，液态氢的密度是气态氢的140倍。以液态形式运输和储存H2的效率更高，但在使用时，H2却是气态。因此，氢气系统中使用的金属会受到两种现象的影响。
1、低温脆化：随着温度的降低，金属会失去一些延展性。
2、氢脆：原子氢会扩散到金属中并导致脆化。
在这里，脆化是指金属在氢气环境中的延展性和抗断裂及抗疲劳能力与在空气中和室温下的抗断裂及抗疲劳能力相比发生下降。这些问题会导致系统故障，造成安全风险、增加停机时间和带来经济损失。随着氢能行业的不断扩大，解决这些系统建设难题对于氢燃料作为一种长期、可持续的燃料解决方案被广泛采用至关重要。
那么，氢能领域的专业人员如何才能建造经久耐用的氢气处理系统？关键要牢记，材料对于氢气存储至关重要。流体系统采用特殊配方的优质不锈钢，能够更好地抵御氢气存储的固有挑战。以下常见问题将解释规范制定者在选择氢气存储元件材料时应如何考虑以及应考虑哪些因素。
【问】：什么是低温脆化？
【答】：低温脆化是指随着温度的降低，延展性、韧性、抗疲劳性和抗断裂性降低。奥氏体不锈钢只发生轻微的低温脆化，而铁素体钢(低合金钢和铁素体不锈钢)则更容易发生低温脆化。因此，奥氏体不锈钢是液氢系统的黄金标准。
【问】：氢如何渗透到金属中？
【答】：氢分子(H2，蓝色)可以离解成原子氢(H，红色)并渗透到金属中。氢原子聚积在应力集中处，如裂纹尖端或微观结构特征处，如晶界、夹杂物或沉淀物。在某些情况下，原子氢可转化为双原子氢。
【问】：什么是氢脆？
【答】：氢脆会降低金属的抗疲劳和抗断裂性能。超高强度材料的氢脆现象更为严重。
虽然不锈钢与氢的相容性通常比许多其他金属要好，但并非所有不锈钢都具有同样的抗氢脆性能。
奥氏体不锈钢的特点是具有面心立方(FCC)晶体结构、中等强度和天然高延展性。虽然它们与氢的相容性通常比许多其他金属要好，但并非所有不锈钢都具有同样的抗氢脆性能。
【问】：使用对氢脆更敏感的不锈钢会有什么潜在后果？
【答】：选择对氢脆更敏感的材料会导致系统完整性更容易失效。
与延展性损失相比，抗疲劳能力的降低更令人担忧。延展性是指材料在失效前在拉伸应力作用下能够承受塑性变形的程度。设计得当的元件不会承受导致塑性变形的应力。相反，由于压力循环、振动或其他使用负荷造成的周期性负荷会导致疲劳引发的缓慢累积的损坏和失效—疲劳是指由于重复应力或负荷造成的钢材强度减弱。如果材料受到水等腐蚀性环境因素的影响，系统或元件失效的可能性会进一步加剧。
当然，元件失效会导致一系列不良后果，包括：
①潜在的安全问题
②维护或维修导致的停机时间过长
③元件更换更频繁
④氢气逸散到环境中导致可持续性问题
⑤资产的总运营成本和总所有权成本会更高
⑥具有很低镍含量的铁素体合金会显著变脆，而镍含量介于10％与30％之间的奥氏体合金则表现出相对较小的脆化。
【问】：如何区分高质量不锈钢和低质量不锈钢？
【答】：事实证明，含镍量较高的高质量不锈钢更适合处理H2，尤其是在较长的使用寿命内。
美国材料与试验协会(ASTM)要求316不锈钢配方中的镍含量至少为10%，但镍含量至少为12%的316不锈钢更适合应对氢能行业的独特挑战。镍含量有助于稳定不锈钢的微观结构，使其更能抵抗氢脆。在测试中，我们发现氢脆对含12%镍含量的316不锈钢的拉伸延展性影响很小。
镍含量至少为12%的316不锈钢更适合应对氢能行业的独特挑战。镍含量较高的不锈钢有助于防止氢脆。
虽然镍含量较高的316不锈钢通常是氢能系统结构的理想选择，但在某些情况下，特定应用的性能标准(如需要优先考虑材料强度或耐腐蚀性)可能会使另一种材料成为理想选择。在这些情况下，正确的系统设计和维护可有助于防止脆化。像世伟洛克这样的组织会继续研究和了解氢对其他合金的影响，可以帮助您做出明智的决定。