Micrografías electrónicas de transmisión obtenidas en diferentes magnificaciones para los (a) X65 y (b) X60 aceros, que muestran sus características de precipitación (42) y el patrón de difracción de área seleccionado de la región indicado con una flecha azul para los acelelos respectivos. Las flechas azules y rojas marcan cementita observada en ambos aceros. Crédito: Análisis de fallas de ingeniería (2025). Doi: 10.1016/j.engfailanal.2025.109419
El hidrógeno está ganando cada vez más atención como una fuente de energía prometedora para un futuro más limpio y sostenible. El uso de hidrógeno para satisfacer las demandas de energía de aplicaciones a gran escala, como la infraestructura de servicios públicos, requerirá transportar grandes volúmenes a través de tuberías existentes diseñadas para gas natural.
Pero hay una trampa. El hidrógeno puede debilitar el acero del que están hechas estas tuberías. Cuando los átomos de hidrógeno entran en el acero, se difunden en su microestructura y pueden hacer que el metal se vuelva frágil, lo que lo hace más susceptible de grietas. El hidrógeno se puede introducir en el acero durante la fabricación, o mientras la tubería está en servicio que transporta petróleo y gas.
Para comprender mejor este problema, el investigador Tonye Jack usó la fuente de luz canadiense (CLS) en la Universidad de Saskatchewan (USASK) para capturar una vista 3D de las grietas formadas en los aceros. Los investigadores se han basado previamente en técnicas de imágenes bidimensionales, que no proporcionan el mismo detalle rico posible con la radiación sincrotrón.
Tonye, un Ph.D. El candidato en el Departamento de Ingeniería Mecánica de USAST, y sus colegas estudiaron diferentes aceros de la tubería y demostró que la microestructura juega un papel fundamental en la cantidad de hidrógeno que absorbe el acero y cómo se distribuye en el metal. Su investigación también reveló que cuando el hidrógeno ingresa al acero mientras la tubería está en servicio, causa más daño que si se introduce durante la fabricación u otras condiciones de precarga.
El riesgo de falla del acero debido a la fragilidad de hidrógeno depende de varios factores, como la cantidad de hidrógeno en el acero, la microestructura del acero, las condiciones de estrés y el entorno operativo. Sin embargo, Tonye enfatiza que cuánto hidrógeno se retiene en el acero y dónde se acumula en gran medida dicta su comportamiento de falla.
“Necesitamos saber el mecanismo de falla y cómo mitigarlo”, dice.
Si bien las fallas catastróficas de la tubería son raras, los hallazgos de su equipo son importantes ya que las industrias planean transportar gas de hidrógeno utilizando tuberías de gas natural de alta resistencia. “Estos hallazgos pueden ayudar a informar la producción de tuberías más seguras”, dice. Al refinar la microestructura, los fabricantes pueden diseñar aceros que sean más resistentes al agrietamiento y la fragilidad de hidrógeno.
“Tendemos a ver esto como un fracaso es demasiado debido a su importancia económica”, dice Tonye. “Pero la mayor preocupación es el medio ambiente, ya que las fallas de la tubería pueden tener consecuencias devastadoras”.
A medida que la sociedad pasa a los combustibles más limpios, comprender la interacción del hidrógeno y el acero y mitigar el fragilización de hidrógeno es crucial para garantizar la seguridad y la confiabilidad de la infraestructura futura de hidrógeno, y de gran importancia para el marco de energía global.
El trabajo se publica en el Análisis de la falla de la Journal Engineering.
Más información: Tonye Alaso Jack et al, absorción de hidrógeno y comportamiento de fragilidad en los aceros de la tubería: ideas de pruebas de tasa de deformación lenta e imágenes sincrotrón de micro-CT, análisis de falla de ingeniería (2025). Doi: 10.1016/j.engfailanal.2025.109419
Proporcionado por la fuente de luz canadiense
Citation: Improving steel pipelines for safe transport of hydrogen: Synchrotron light captures 3D images of cracks formed inside (2025, March 28) retrieved 28 March 2025 from https://techxplore.com/news/2025-03-steel-pipelines-safe-hydrogen-synchrotron.html
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