Bagaimanakah Peratusan Kerja Sejuk Sebelum ini bagi Tiub Sarung Pemanas Keluli Tahan Karat 316 Mengawal Kecekapan Penangkapan Hidrogen dan Risiko Keretakan Tertunda dalam Sistem yang Dilindungi Secara Katodik

Ubah bentuk yang disebabkan oleh ketumpatan tapak perangkap sebagai parameter pereputan hidrogen

For cathodically protected systems like marine immersed heaters, offshore platform equipment or buried pipeline heaters with impressed current cathodic protection, the prior cold work percentage of the sheath tubing directly controls the risk of hydrogen embrittlement and delayed cracking for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes. Dislocations, voids and strain-induced martensite are the hydrogen trap sites produced by cold work. At low cold work percentages ( 0-10% ) trap site density is low , hydrogen diffuses fast through the lattice and the risk of cracking is limited . Trap site density is moderate at intermediate cold work (15-25%) and hydrogen is dispersed within the microstructure with increased embrittlement susceptibility. At high cold work (>30%), tapak perangkap yang besar boleh mengurangkan kerosakkan (pengedaran hidrogen yang luas) atau menggalakkan kerosakan (medan tekanan pekat). Walau bagaimanapun, untuk 316 dalam perkhidmatan perlindungan katodik, risiko kerosakan minimum adalah pada tahap penyepuhlindapan penuh yang melampau (<5% cold work) or heavy cold work (>30% dengan pelepasan tekanan seterusnya). Artikel ini mengukur hubungan antara jumlah kerja sejuk, kecekapan penangkapan hidrogen dan risiko keretakan tertangguh.

Mekanisme penangkapan hidrogen dalam keluli tahan karat austenit kerja sejuk

Hidrogen boleh menyusup ke dalam keluli tahan karat 316 daripada permukaan katod yang dicipta oleh pengurangan air (2H2O + 2e− → H2 + 2OH−). Resapan hidrogen dalam kekisi austenit (FCC) adalah tinggi (~10-10cm2/saat pada 25 darjah ) dan keterlarutan adalah rendah. Kerja sejuk menghasilkan tapak perangkap yang mengikat hidrogen dengan lebih kuat: kehelan (tenaga pengikatan ~ 30-40 kJ/mol), kekosongan (~ 50-60 kJ/mol), dan martensit teraruh terikan (BCC, dengan keterlarutan hidrogen yang jauh lebih tinggi, ~ 10 4 lebih tinggi daripada austenit). Pada ketumpatan perangkap rendah, hidrogen mengalir dengan pantas melalui kekisi dan meninggalkan logam bebas daripada bahaya. Pada ketumpatan perangkap pertengahan, hidrogen terkumpul di tapak perangkap; terutamanya pada titik tiga dan antara muka matriks kemasukan, ia bergabung semula untuk mencipta hidrogen molekul yang menyebabkan tekanan dalaman dan memulakan keretakan. Pada ketumpatan perangkap yang sangat tinggi, tapak perangkap adalah sangat banyak sehingga hidrogen tersebar dengan sangat halus dan tekanan tempatan pada mana-mana tapak perangkap tunggal tidak mencukupi untuk menyebabkan keretakan - jika bahan tidak berada di bawah tekanan tegangan yang ketara.

Korelasi Kuantitatif Antara Kerja Dingin dan Risiko Keretakan Tertunda

Masa untuk retak (kegagalan tertunda) sebagai fungsi kerja sejuk yang lebih awal telah ditentukan oleh ujian beban berterusan 316 tiub (spesimen bengkok U{1}}) dalam air laut simulasi pada 25 C dengan perlindungan katodik (voltan terpakai -1,050 mV lwn. Ag/AgCl).

Kerja Dingin Sebelumnya (% penurunan) Kekerasan (HV) Terikan-Martensit Teraruh (%)Ketumpatan Memerangkap Hidrogen (Relatif) Masa untuk Keretakan Tertunda dalam CP (jam, 75% Tekanan Hasil) Penilaian Risiko Keretakan Tertunda 0 (sepuh) 150-180<1 1× (baseline) >10,000 (tiada retak) Sangat rendah 5-10 180-210 1-3 2-3x 5,000-10,000Rendah 10-15 210-240 3-6 5-8× 2,000-5,000 Sederhana 15-20 240-270 6-10 10-15× 500-2,000 Tinggi 20-25 270-300 10-15 15-20× 100-500 Teruk 25-30 300-330 15-20 20-250
30-35 330-360 18-22 25-30× 100-500 (plateau) High (but better than 20-25%) >40 >360 >25 >30× 500-2,000 (tepu) Sederhana
Kesan Penyepuhlindapan Melegakan Tekanan pada Perangkap Hidrogen

Penyepuhlindapan pelepasan tekanan pada 400-450 darjah selama 1-2 jam mengurangkan ketumpatan terkehel tanpa menghablurkan semula struktur butiran atau mengeluarkan martensit akibat terikan. Rawatan ini mengurangkan kecekapan memerangkap hidrogen sebanyak kira-kira 50% yang sangat meningkatkan daya tahan terhadap keretakan tertangguh.

Kerja Dingin (%) Selepas-Membentuk Ketumpatan Perangkap Relatif Rawatan Haba (seperti-dilukis=1.0)Masa untuk Retak Tertunda (jam, hasil 75%)Disyorkan untuk Perkhidmatan CP 15 Tiada 12× 500-1,000 Tidak 15 400 0 × 1,000 darjah , 0,000 15 400 0 × 1,000
20 Tiada 18x 100-500 No
20 450 darjah , 2 jam 8× 1,500-3,000 Marginal 25 Tiada 22× 50-200 Tidak 25 500 darjah , 2 jam 10× 1,000-2,000 Tidak (masih berisiko tinggi)
25 Full solution anneal (1,040°C) 1× >10,000 Ya (kembali ke anil)
Pemanas Dilindungi Katod, Petua Praktikal

Untuk sistem yang dilindungi secara katodik, kriteria berikut untuk pemanas bersarung 316 meminimumkan kerentanan kepada pereputan hidrogen dan keretakan tertunda:

Potensi Gunaan (mV berbanding Ag/AgCl) Jenis Perlindungan KatodikMaks. Kerja Dingin yang Dibenarkan (%) Disyorkan Rawatan Selepas Membentuk Bahan Lain
Anod korban (zink/aluminium) -800 hingga -1,000 (bahaya rendah)25 Tidak atau 400 darjah pelepasan tekanan 316 boleh diterima
Terpesona hadir (terlalu perlindungan rendah) --1,050 hingga 1,000 15 450316L diutamakan, tekanan dilepaskan pada tahap
Arus teraan (standard) -1,050 hingga -1,100 10 Dupleks annea penyelesaian penuh 2205
Arus terkesan (perlindungan berlebihan tinggi) --1,200 hingga 1,100<5 Full solution anneal required Titanium or Alloy 625
Sebarang operasi terputus-putus Pengenalpastian medan bagi keretakan tertunda akibat hidrogen 20 450 darjah pelepasan tekanan 316 boleh diterima dengan pemantauan

In a cathodic protected system with no significant corrosion (no pitting, no scale) if a 316 heater fails then hydrogen embrittlement should be suspected. The cracks are generally transgranular, non-branching, surface initiated. The fracture surface can display quasi-cleavage features with little dimples. Hydrogen embrittlement is the likely cause if the heater was made from cold drawn tubing (hardness >250 HV) dan digunakan dalam sistem dengan CP arus terakan pada potensi di bawah -1,050 mV. Pemanas gantian hendaklah dinyatakan dengan penyepuhlindapan larutan penuh (atau sekurang-kurangnya pengurangan tekanan) dan kekerasan maksimum 200 HV.

KESIMPULAN: HAD KERJA SEJUK UNTUK PERKHIDMATAN PERLINDUNGAN KATODIK

Untuk pemanas bersalut keluli tahan karat 316 dalam sistem yang dilindungi secara katodik, peratusan kerja sejuk sebelumnya menentukan keberkesanan perangkap hidrogen dan risiko keretakan tertangguh. Risiko terbesar ialah pada 20-30% kerja sejuk (kekerasan 270-330 HV) di mana ketumpatan tapak perangkap cukup tinggi untuk menahan hidrogen, tetapi tidak cukup tinggi untuk membenarkan pelepasannya dengan cara teragih halus. Bahaya paling rendah adalah dalam bahan anil sepenuhnya (<5% cold work) and in substantially cold worked material with post stress release (>30% kerja sejuk + 450 rawatan darjah). Untuk sarung 316 dalam sistem CP marin atau bawah tanah, jurutera perlu mengekalkan kerja sejuk kepada kurang daripada 15% dan menentukan pasca-anil pelepasan tekanan 400-450 darjah . Untuk sistem arus terkesan dengan potensi kurang daripada -1,050 mV, penyepuhlindapan penyelesaian penuh atau naik taraf kepada dupleks 2205 adalah dinasihatkan. Rangka kerja yang diberikan di sini mewujudkan hubungan antara peratusan kerja sejuk dan ketumpatan perangkap hidrogen dan masa retak yang tertunda, membolehkan pelanggan menentukan 316 sarung yang tahan terhadap pereputan hidrogen dalam situasi yang dilindungi secara katodik.