Superduplex paslanmaz çelikler, petrol ve gaz endüstrisi tarafından yüksek sıcaklıkta CO2S, H2S ve klorür iyonları içeren su içeren sıvılara karşı dirençleri, yüksek mukavemet ve tokluk ile birlikte kullanılmaktadır. Süper dubleks çelikler, kaynak sırasında tipik olarak ısı girişi ve pasolar arası sıcaklık kontrolü yoluyla kabul edilebilir bir seviyede kontrol edilen intermetalik fazların (özellikle sigma fazı) oluşma eğilimine sahiptir. Bununla birlikte, süper çift yönlü kaynaklarda intermetalik fazların tamamen önlenmesi her zaman pratik değildir. Karlsson tarafından gözden geçirildiği üzere, dubleks ve süperdubleks çeliklerde intermetalik faz oluşumu ve bunun tokluk ve korozyon direnci üzerindeki etkisi çalışmasında önemli çaba harcanmıştır. Bununla birlikte, özellikle asitli hizmette çevresel çatlama ile ilgili olarak, petrol ve gaz endüstrisi ile ilgili asitli ortamlarda dubleks ve süper dubleks çeliklerin performansı üzerindeki intermetalik fazın etkisi hakkında çok az yayınlanmış bilgi vardır.
İntermetalik fazlı süper dubleks kaynak metalinin asitli ortamda çevresel çatlama duyarlılığını yavaş gerinim hızlı çekme (SSRT) testi yoluyla incelemek için bir çalışma yapılmıştır.
Deneysel
Kaynak
Kaynaklar, baştan sona TIG (GTAW) işlemi kullanılarak 219 mm dış çapa ve 13,2 mm et kalınlığına sahip UNS S32974 süper dubleks boruda üretildi. UNS S32760'ı kaynaklamak için tasarlanmış dolgu teli, Ar koruma ve destek gazlarıyla (2,4 ve 3,2 mm) kullanıldı. Tüm kaynaklar dikey yukarı, 5G konumunda, yani boru yatay ve düzken yapılmıştır. Ark enerjileri 0,8 ila 1,8 kJ/mm aralığındaydı.
Numune Üretimi
Kaynaklar, özellikle intermetalik fazlar için metalografik incelemeye izin verecek şekilde bölümlere ayrılmıştır. İntermetalik faz oluşumunun kök pasoda yoğunlaştığı, ikinci ve üçüncü pasolarda daha düşük seviyelerde olduğu bulundu. Sonraki geçişlerde, kaynağın başlık yarısını temsil eden çökelti olmadı. Sonuç olarak, SSRT testi için, mümkün olduğu kadar çok intermetalik fazı örneklemek üzere, 16 silindirik tamamen kaynaklı metal çekme numunesi, kaynağın köküne mümkün olduğu kadar yakın bir yerden işlendi. İlk testler, çapraz kaynak numunelerinin, ana çelikte yoğunlaşan plastik gerinim olarak kaynak metali davranışını incelemek için yetersiz olduğunu gösterdi. Kaynak metalindeki intermetalik faz seviyesini artırmak için 750°C'de 11.5 dakika ısıl işleme tabi tutulmuş numunelerden üç adet tamamı kaynaklı metal numunesi serisi daha işlendi. Bu tedavi, denemeler bunun istenen çökelti seviyesini verdiğini gösterdikten sonra seçildi.
Yavaş Gerinim Hızı Testi
Numuneler, 34 mg/l NaHC03 içeren deoksijenlenmiş %25 NaCl solüsyonunda 1 x 10 -6s -1 gerinim hızında (test sıcaklığı ve basıncında istenen test pH'ı 4,0'ı verecek şekilde CORMED TM yazılımı kullanılarak hesaplanmıştır) kopma noktasına kadar çekildi. ) 100°C'de. Oksijensizleştirme, ölçülen oksijen içeriği <10 ppb olana kadar nitrojen tasfiyesi yoluyla gerçekleştirildi. Çözelti, doygunluğa izin vermek için testten önce 12 saat boyunca sürekli olarak köpürtülmüş olan C02, H2S ve N2 içeren önceden karıştırılmış bir gazla sürekli tasfiye edilerek dolduruldu. 0.02 psi (0.0014 bar), 0.04 psi(0.0028 bar) ve 0.25 psi (0.017 bar) olmak üzere üç H2S seviyesi incelendi ve her durumda 35 psi (2.4 bar) CO2 kısmi basıncı kullanıldı. Test genel olarak EFC 17'nin tavsiyelerine uygun olarak yapılmıştır.
Testten sonra numuneler, gösterge uzunluğunda ve kırılma yüzünde çevresel yardımlı çatlama kanıtı için bir taramalı elektron mikroskobunda incelendi. Başarısız olan her numunenin bir yarısı, kırılma yüzü boyunca uzunlamasına kesildi ve intermetalik fazın hacim fraksiyonu, kırılma yüzüne bitişik nokta olarak sayıldı. İntermetalik fazın düzgün olmayan bir şekilde dağıldığı, yamalar oldukça yoğun çökelme gösterirken, kaynak metalinin kütlesinin çok az intermetalik faza sahip olduğu veya hiç olmadığı bulunmuştur. İlgili bölge içinde intermetalik fazın yerel olarak en yüksek hacim fraksiyonuna sahip olduğu belirlenen alanda ASTM E562'ye göre nokta sayımı yapıldı. X2800 büyütmede 100 puanlık on altı alan kullanıldı. Bu, alan başına 0,001 mm2'lik bir ölçüm alanına eşdeğerdir ve 16 alan yaklaşık 0,1 mm2'lik bir alana yerleştirilmiştir. İlgili kaynak alanının tamamı boyunca, yani kök ve ikinci pasoda intermetalik fazın ortalama hacim fraksiyonu; 20-25 mm2 eşdeğeri de tahmin edildi, ancak ikincisini doğru bir şekilde ölçmek için yetersiz nokta sayımı yapıldı. Asitli ortamda test edilen her bir numunenin kırılmaya kadarki gerinimi kaydedildi ve hem kaynaklanmış hem de ısıl işlem görmüş, 100°C'de havada test edilen üç kopya benzer numuneden elde edilen verilere göre normalleştirildi. Normalleştirilmiş değerler, bireysel numunelerin çevresel çatlamaya karşı duyarlılığının bir göstergesini sağlar.
Önerilen makale:
abkant büküm hakkında bilgi almak ve diğer metal işleme hizmetlerine ulaşmak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz.
Sonuçlar
İntermetalik parçacıkların yaklaşık genişlik aralığı, kaynaklı numuneler için yaklaşık 1-3 µm ve ısıl işlem görmüş numuneler için yaklaşık 1-5 µm olmak üzere biraz daha büyüktü. Önemli derecede saçılma ile ilişkili olmasına rağmen, intermetalik faz fraksiyonu ile uzamanın iyi tanımlanmış bir azalma eğilimi gözlendi. Saçılma herhangi bir eğilimi maskelese de, bu örnekte, normalize edilmiş gerinim açısından çevresel çatlama duyarlılığı üzerinde intermetalik fazın hacim fraksiyonunun güçlü bir etkisinin olmadığı açıktır. Bununla birlikte, dört numunenin, muhtemelen çevre kaynaklı, kırılma yüzündeki ferrit fazında bölünme kanıtı gösterdiğine dikkat edilmelidir. Bu dört numuneden, üçü 0,59 ila 0,68 aralığında tüm numuneler arasında en düşük normalize edilmiş gerilmeleri verdi ve dördüncüsü 0,78 değerini verdi, bu da dördüncü ortak değerdi. Verilerdeki dağılmaya izin verse bile, kırılma yüzeyinde çevresel çatlama bulunan numuneler için düşük normalize edilmiş bir bozulma eğilimi vardı.
İntermetalik fazın maksimum yerel hacim fraksiyonu ile asitli ortamda SSRT testlerinde normalize edilmiş gerilmenin başarısızlığa kadar değişimi numune, kırılma yüzünde çevresel olarak indüklenen bölünme gösterdi.
Bölünme kırığı alanlarını gösteren numuneler, H2S kısmi basıncı aralığını ve intermetalik fazın maksimum hacim fraksiyonu aralığını kapsıyordu: (i) 0,25 psi ve %1 (iki örnek) (ii) 0,02psi ve %1 ve (iii) 0,04 psi ve %19,5. Örnek (ii), bölünme alanının geliştiği küçük bir yüzey altı kaynak kusuru içeren bir numuneye karşılık geldi. Diğer örnekler, (i) çalışılan intermetalik aralığın alt ucundaki, H2S'nin en yüksek kısmi basıncında test edilen bir numuneyi ve (ii) H2S'nin düşük kısmi basıncında test edilen en yüksek intermetalik faz seviyesine sahip numuneyi temsil eder. Her durumda, bölünme lokalize edilmiş ve yüzeyde veya yüzeye yakın, iki durumda yüzeyin altındadır. Numunelerin hiçbirinde ikincil çatlama kanıtı yoktu, ancak en yüksek H2S seviyesinde test edilen numunelerin ölçü uzunluklarında bazı çok sığ yüzey dağlamaları gözlemlendi.
Metalografik kesitler, özellikle en büyük miktarda intermetalik faz içeren ısıl işlem görmüş numunelerde, çok sayıda parçacığın test sırasında kırıldığını, ancak tipik olarak çevredeki malzemeye uzanmadan kırıldığını ortaya çıkardı.
Tartışma
Çatlama Mekanizması
Sonuçlar, intermetalik fazın nokta sayılan hacim fraksiyonu ile test edilen koşullar için çevresel çatlamaya duyarlılık arasında hiçbir bağlantı olmadığını göstermektedir. İntermetalik faz parçacıklarının boyutu her numunede benzerdi, 1-5 um mertebesindeydi ve büyük ölçüde incelenen TIG kök kaynak metalindeki ferrit birimlerinin genişliği ile tanımlanıyordu. Bazı örnekler diğerlerinden çok daha düşük intermetalik faz seviyelerine sahip olsa da, hepsi parçacık kümeleri içerme eğilimi gösterdi. Diğer yazarlar, intermetalik parçacık boyutunun, ölçülen özellikler, özellikle oyuk korozyon direnci ve tokluk üzerindeki etkisi açısından hacim fraksiyonundan daha önemli olduğunu bulmuşlardır. Bu çalışmada parçacık boyutu önemli ölçüde değişmemiş olsa da, benzer bir ilişkinin asitli ortamlardaki çevresel çatlama durumunda da geçerli olabileceği öne sürülmüştür.
Yapılan gözlemler, SSRT testindeki çevresel çatlamanın hidrojenle ilişkili olduğunu ve ferrit fazında yarılma parçalarına yol açtığını gösteriyor. Bu bölünme, hidrojenin korozyondan kaynaklandığı tahminen kırık bir intermetalik parçacıkta veya bir parçacık grubunda başlamıştır. Bununla birlikte, numunelerde önemli bir korozyon gözlenmedi, sadece bazı sığ yüzey aşındırma. Bu, klevaj kırılmasının küçük alanları için yeterli hidrojen sağlamış olabilir, ancak yüzeydeki çatlamış intermetalik parçacıklarda lokalize çatlak saldırısının söz konusu olması da mümkündür. Bölünme parçalarının yeri ve şekli, muhtemelen tek tek numuneler içindeki intermetalik fazın dağılımını yansıtıyordu. Böyle bir çatlama mekanizması, bir SSRT testinde indüklenen plastik gerinim tarafından desteklenecektir. Bununla birlikte, test oldukça kısa sürelidir, tipik olarak 2-4 gündür ve uzun süreli maruz kalma sürelerinde, hidrojen üretimi ve alımı çok daha yüksek olabilir. Sonuç olarak, benzer bir mekanizmanın daha uzun süreler boyunca çok daha düşük gerilimlerde çalışması mümkündür.
Sonuçların Pratik Önemi
Testlerde kullanılan H2S seviyelerinin, NACE MR0175-99'da listelenen konsantre klorür çözeltilerinde süper dubleks paslanmaz çelikler için 0,1 ila 0,2 bar sınırının oldukça altında olduğu not edilebilir. Bu nedenle, intermetalik fazların yokluğunda ana malzeme için çevresel çatlama beklenmez. İntermetalik fazları olmayan kaynak metalinin ana çeliğe göre önemli ölçüde daha düşük dirence sahip olup olmadığı bilinmemektedir, ancak normalde durumun böyle olmadığı varsayılır. Bu nedenle, intermetalik fazın çevresel çatlamaya karşı hassasiyeti arttırdığı görülmektedir.
SSRT testi, numunenin zorlanmış plastik gerilmesi nedeniyle ciddi bir test olarak kabul edilir. McIntyre ve diğerleri, SSRT test sonuçlarını sınıflandırmak için bir sistem önerdi ve burada hassasiyet gösteren numuneler, 0,59 - 0,78'lik normalize edilmiş gerinimlerle, bu sistem kullanılarak 'orta derecede hassas' olarak tanımlanabilir. McIntyre ve diğerleri, son kırılma yüzeyinde çevresel olarak indüklenen kırılgan kırılmanın, süneklik oranları 0,5 ile 0,75 arasında olan orta derecede hassas malzemelerde meydana geldiğini belirtti. Kalan numuneler, aynı sistem kullanılarak 'bağışık' veya 'pratik olarak bağışık' idi. Cooling ve arkadaşlarının kuyu içi uygulamalar için %13 Cr çeliğin servis hizmeti için kabul edilebilirliği için 0,5'lik bir minimum normalize edilmiş gerilmeyi benimsediği not edilebilir.
Sonuçlar
Metaller arası fazların asitli ortamda çevresel çatlamaya duyarlılık üzerindeki etkisini incelemek için tamamı kaynaklı metal süper dubleks paslanmaz çelik numuneler üzerinde yavaş gerinim hızlı çekme testleri yapıldı. Kaynaklı ve ısıl işlem görmüş malzemeler incelenmiştir. İntermetalik fazın dağılımı homojen değildi ve test edilen numunelerde %0-20'lik yerel maksimum hacim fraksiyonları mevcuttu.
Tamamı kaynaklı metal süper dubleks paslanmaz çelik numunelerin kırılmaya kadar olan gerilimi, %0-20 aralığında artan yerel intermetalik faz içeriği ile azaldı.
100°C'de 0,02 ila 0,25 psi H2S, %25 NaCl ve pH = 4,0 ile asitli ortamlarda test edilen tamamı kaynaklı metal süper dupleks paslanmaz çelik numunelerin SSRT testlerinde normalleştirilmiş bozulmaya karşı gerinim, intermetalik fazın hacim fraksiyonu ile hiçbir sistematik değişiklik göstermedi .
Bazı SSRT numuneleri, yüzlerde küçük klivaj kırılma alanları şeklinde çevresel çatlama kanıtı gösterdi. Bu numuneler, 0,59-0,78'lik başarısızlığa kadar en düşük normalize edilmiş suşları verdi.
Gözlenen çatlamanın hidrojen destekli olduğu ve parçalanmış intermetalik parçacıklarda başladığı ileri sürülmektedir. Bu nedenle, intermetalik parçacık boyutu muhtemelen hacim oranından daha önemliydi.
