Classification of induced degradation in austenitic stainless steels and its detectability with non-destructive structural health monitoring for a safe and reliable LH2 tank for aviation

L’idrogeno sta emergendo come elemento chiave nella decarbonizzazione dei settori industriale, energetico e dei trasporti, grazie all’elevata densità energetica e alla flessibilità come vettore energetico pulito. Tuttavia, l’implementazione sicura di sistemi di stoccaggio dell’idrogeno affidabili rappresenta ancora una sfida critica, soprattutto nelle applicazioni aeronautiche dove i requisiti di sicurezza sono stringenti. Questo lavoro mira a individuare metodi di Controllo Non Distruttivo (NDT) e di Monitoraggio della Salute Strutturale (SHM) per rilevare precocemente il degrado in un serbatoio di idrogeno liquido per aviazione, prima che la sicurezza della struttura venga compromessa. Gli acciai inossidabili austenitici sono stati scelti come materiali di riferimento per il buon comportamento alle condizioni operative considerate e per l’ampia presenza in letteratura. È stata quindi effettuata una classificazione dei principali meccanismi di degrado di questa classe di materiali. Dall’analisi emerge che molte manifestazioni di degrado sono influenzate o amplificate dalla trasformazione da austenite a martensite, che a temperature criogeniche può verificarsi anche in acciai considerati stabili. Questo fenomeno è stato considerato in uno studio di caso semplificato per individuare la dimensione critica del difetto secondo i criteri di through-thickness yielding e leak-before-break. Sfruttando la formazione di martensite e le sue proprietà magnetiche, sono stati selezionati dalla letteratura metodi NDT basati su tecniche magnetiche e onde ultrasoniche non lineari, sensibili alla percentuale di martensite ma con diverse profondità di penetrazione. Infine, l’Eddy Current Testing è stato individuato come tecnica per rilevare i difetti critici. Conoscendo dimensioni critiche e rilevabili e tasso di propagazione delle cricche, è stato stimato un intervallo di ispezione per garantire una manutenzione damage-tolerant sicura.