鋼材是制氫、儲氫、運氫、用氫等多個領(lǐng)域的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料，這些關(guān)鍵戰(zhàn)略材料的突破，將會有力推動氫能行業(yè)進入快速發(fā)展階段。2023年以來，多家鋼企在氫能用特殊鋼材研發(fā)方面進展明顯：
先來看儲氫端——液氫儲運。目前發(fā)達國家以液氫儲運為主（70%以上），但由于我國對液氫環(huán)境下材料的低溫組織、性能等研究還不夠完善，材料選擇缺乏理論支撐和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我國液氫主要用于航天等領(lǐng)域，民用方面幾乎空白。
太鋼瞄準(zhǔn)氫能行業(yè)先期介入，針對這一情況，與國家相關(guān)部門及制造企業(yè)合作，積極參與材料的設(shè)計研發(fā)，推進相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的制定。2023年4月，太鋼國內(nèi)首發(fā)液氫專用不銹鋼產(chǎn)品并通過相關(guān)認證，成為國內(nèi)該類產(chǎn)品唯一供應(yīng)商。
再看運氫端。據(jù)悉，“氫脆”是金屬材料吸收氫原子后導(dǎo)致塑韌性降低而產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。氫原子很小，可以輕易滲透進金屬材料中，在缺陷處聚集，降低金屬中裂紋萌生和擴展所需的應(yīng)力，從而導(dǎo)致材料脆化，并且隨著強度等級的提高，材料氫脆的敏感度顯著增大。在過去很長一段時期內(nèi)，高鋼級輸氫材料標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)一直處于一片空白。
2023年4月，首鋼股份最新研制生產(chǎn)的高鋼級輸氫管線鋼經(jīng)用戶制管加工后成功應(yīng)用于包頭-臨河輸氣管道項目。該項目干線全長約235km，設(shè)計壓力6.3MPa，高鋼級輸氫管線鋼可滿足工程設(shè)計的10%摻氫比例要求，為我國長距離、高壓輸氫管道工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
氫氣在大規(guī)模、長距離輸送情況下，純氫管道運輸具有不可取代的經(jīng)濟優(yōu)勢，可以從根源上解決規(guī)?；脷潆y題，是未來高效能用氫的發(fā)展方向。然而研究表明，高含量的氫原子可以通過限制位錯以及晶格內(nèi)部金屬原子的運動，使得顯微彈性模量和顯微硬度提升，從而導(dǎo)致鋼的脆化，并且這在較大的氫濃度梯度的情況下特別顯著。并且，除了考慮抗氫脆外，純氫管道在高壓下的材料性能還需要綜合考慮耐壓、耐腐蝕、機械性能、疲勞性能、熱穩(wěn)定性能、密封性能和可加工性能等方面。
日前，唐鋼公司定制生產(chǎn)的首批1930mm超寬斷面臨氫管線鋼L245M成功下線，將用于國家輸氫管道重點工程項目。該產(chǎn)品將為解決氫能產(chǎn)業(yè)鏈中氫輸運這一“卡脖子”環(huán)節(jié)，進一步完善國內(nèi)氫能輸運體系提供有效助力。
最后看用氫端。作為SOFC四大部件之一的連接板主要起著在相鄰的電池之間傳輸電子和分隔燃料氣體與氧化氣體的作用。用金屬連接板取代傳統(tǒng)的陶瓷材料，能夠提高電子電導(dǎo)率(幾乎沒有極化現(xiàn)象)和熱導(dǎo)率，而且容易加工成復(fù)雜的形狀，價格低將大大降低SOFC的制造成本。由于鐵素體不銹鋼材料制備費用更低，氣密性良好，易于加工等，因此金屬連接體的發(fā)展傾向于鐵素體不銹鋼。然而，研發(fā)SOFC連接板用鐵素體不銹鋼，還需要考慮高溫抗氧化性、氧化機理、氧化后的導(dǎo)電性及其熱膨脹系數(shù)等問題。
在沒有任何可借鑒技術(shù)和經(jīng)驗的情況下，太鋼突破特殊元素含量精確控制的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。開發(fā)一系列針對韌性控制的變形制度、加熱和冷卻技術(shù)，并解決了產(chǎn)品熱處理及酸洗的技術(shù)難題，實現(xiàn)了高特殊高鉻超純鐵素體不銹鋼系列產(chǎn)品規(guī)模制造的質(zhì)量受控、生產(chǎn)穩(wěn)定。目前太鋼研發(fā)出的超級超純鐵素體不銹鋼TFC22-X，已于近期向國內(nèi)燃料電池龍頭企業(yè)完成批量交付。
當(dāng)前氫的生產(chǎn)、儲存、運輸和利用等技術(shù)備受關(guān)注。相比于日韓歐美等國家，我國產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍存在很多亟待解決的問題，尤其在氫能核心材料方面還有較大發(fā)展空間。鋼企在氫能用特殊鋼材的研發(fā)突破，為解決“卡脖子”難題貢獻了一份力量。
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