Vliv aplikovaného faktoru intenzity napětí na lomové chování předzatížených C(T) těles v prostředí vysokotlakého vodíku

Ing. Petr Čížek, Ph.D.¹; Ing. Marek Dobiáš^1,2; doc. Ing Petr Jonšta, Ph.D.^1,2

¹MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o., Pohraniční 693/31, Vítkovice, 703 00 Ostrava, Česká republika
²Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta materiálově-technologická, Katedra materiálového inženýrství a recyklace, 17. listopadu 2172/15, 708 00 Ostrava-Poruba, Česká republika

Jedním z vysoce aktuálních témat v oblasti materiálového inženýrství je studium odolnosti konstrukčních ocelí vůči vodíkovému zkřehnutí. Toto téma nachází své uplatnění v oblasti skladování vodíku v tlakových lahvích a zásobnících, kde je při vývoji a optimalizaci materiálů použitých k jejich výrobě možné dosáhnout nemalých ekonomických úspor. Optimalizace může například směřovat ke zvýšení pevnostních vlastností materiálu tlakové láhve, a tím možnosti redukce tloušťky jejich stěny. To však může negativně ovlivnit jeho odolnost vůči vodíkoví křehkosti. Studium křehkolomových vlastností konstrukčních ocelí v prostředí vysokotlakého vodíku nabývá na významu i v oblasti transportu vodíku či zemního plynu. V souvislosti s plánovaným využitím vodíku jako alternativního zdroje energie, případně s jeho přimícháváním do zemního plynu za účelem snížení uhlíkové stopy, směřuje zájem provozovatelů ke studiu připravenosti stávající plynárenské infrastruktury na uplatňování této strategie. V obou případech se experimentální stanovení odolnosti materiálu vůči vodíkovému zkřehnutí dle příslušných standardů provádí několika odlišnými technikami založených na bázi lomové houževnatosti při statickém zatížení a využívajících zkušebních těles s počáteční únavovou trhlinou, které jsou v zásadě velmi podobné pro případ hodnocení tlakových lahví i plynovodního potrubí. Přesto je z literatury i referencí od vlastních výrobců známo, že použitá zkušební metoda má nezanedbatelný vliv na výsledné parametry. Předložený článek se zaměřuje na hodnocení lomového chování na předepnutých C(T) tělesech, která byla zatížena na různé hodnoty faktory intenzity napětí a následně exponována v prostředí vysokotlakého vodíku. Dosažené výsledky byly následně porovnány s metodou pomalého statického zatěžování těles tohoto typu v prostředí vysokotlakého vodíku a posouzena byla relevance použitých metod při zachování konzervativnosti výsledků. Nedílnou součástí hodnocení je v případě zkoušek zaměřených na výskyt vodíkové křehkosti i fraktografická analýzy lomových ploch metodou řádkovací elektronové mikroskopie.

Klíčová slova: vodíkové zkřehnutí; lomová houževnatost; tlakové láhve