美國(guó)能源部的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（National Energy Technology Laboratory，NETL）結(jié)構(gòu)材料團(tuán)隊(duì)的研究人員通過添加稀土元素(REE)鈰來制造更堅(jiān)固的鋼合金，生產(chǎn)了一種更堅(jiān)固的管道材料，用于輸送氫氣和捕獲的二氧化碳(CO?)。
這一成就同時(shí)解決了美國(guó)能源部的兩個(gè)重要優(yōu)先事項(xiàng)：發(fā)展脫碳所需的基礎(chǔ)設(shè)施和改善關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)鏈。
研究人員解釋說，添加的鈰與鋼制造過程中引入的氧和硫雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，消除了這些雜質(zhì)的負(fù)面影響，從而生產(chǎn)出在使用壽命期間不易開裂的鋼。NETL的測(cè)試表明，在X90管道鋼中添加鈰可以將夏比沖擊韌性(衡量鋼吸收能量和抵抗裂紋擴(kuò)展能力的指標(biāo))提高50%。
“這種改進(jìn)對(duì)于新管道來說非常重要，因?yàn)樵谛鹿艿乐校\(yùn)行韌性斷裂是一個(gè)主要問題，比如二氧化碳的輸送。這些結(jié)果顯示出希望，需要更多的研究來確定鈰對(duì)其他重要鋼性能(如可焊性)的影響。NETL研究科學(xué)家Richard Oleksak說。
“更好的鋼材并不是唯一的潛在好處，”他補(bǔ)充說，“鈰是國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)和非常規(guī)原料中最豐富的稀土元素，目前是開采更有價(jià)值的稀土的主要未使用的副產(chǎn)品。這意味著我們可以看到鈰的應(yīng)用，以滿足工業(yè)需求?！?/p>
他說，全球鋼鐵產(chǎn)量每年為20億噸，將少量的鈰納入該行業(yè)將大大增加其需求。通過開發(fā)鈰的大批量應(yīng)用，提高了國(guó)內(nèi)稀土生產(chǎn)的價(jià)值主張，從而加強(qiáng)了這些關(guān)鍵礦物的供應(yīng)鏈。
稀土在煉鐵和煉鋼方面有著悠久的歷史。具體來說，自20世紀(jì)50年代以來，鈰、鑭和鈰/富鑭合金以某種形式被使用。自從20世紀(jì)中期在煉鐵和煉鋼中涉及鈰和鑭元素的主要工作以來，鈰和鑭的成本已經(jīng)顯著下降。
成本降低的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素與所謂的稀土平衡問題有關(guān)。也就是說，在常規(guī)和非常規(guī)的國(guó)內(nèi)原料中，鈰和鑭都與其他稀土元素(如釹)共存。由于各種清潔能源技術(shù)對(duì)釹和其他稀土元素的高需求，以及在全球脫碳時(shí)代對(duì)這些技術(shù)的需求可能會(huì)增加，未來幾十年很可能會(huì)產(chǎn)生大量未使用的鈰和鑭。
Oleksak說：“這為重新考慮這些稀土元素提供了一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，使其成為煉鋼中有前途且價(jià)格低廉的合金添加劑?！薄癗ETL在開發(fā)鈰增強(qiáng)鋼合金方面的成功是一個(gè)例子，說明利用這些機(jī)會(huì)可以帶來潛在的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益?！?/p>
預(yù)計(jì)未來幾年將有重大的新管道基礎(chǔ)設(shè)施改善，這可以幫助國(guó)家實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)，包括專門為二氧化碳和氫氣運(yùn)輸設(shè)計(jì)的管道。這兩種用途都帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，并增加了對(duì)鋼鐵產(chǎn)品完整性的依賴。
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