C-Mn Çelik Boru Hatlarında Kaynaklar Dış Sertlik Sınırları 

Asit Taşıyan Katodik Korumalı C-Mn Çelik Boru Hatlarında Kaynaklar İçin Dış Sertlik Sınırları

Sertlik sınırları, asitli ürünler taşıyan ferritik çelik boru hatlarında çatlama riskini kontrol etmek için yaygın olarak kullanılır. Gerekli sertlik limitleri, tek taraflı maruz kalma ile serbest yüzeye yakın olandan daha asitli ortama bitişik çok daha yüksek olan çelikteki hidrojen konsantrasyonuna bağlıdır. Bu nedenle, laboratuvar çalışmasında, asitli ürünler taşıyan boru hatlarının dış kısımlarında önemli ölçüde daha yüksek sertliklerin tolere edilebilir olduğu gösterilmiştir ve bu etki, BS4515 ve EFC 16'da kapak geçişleri için gevşetilmiş sınırlar açısından kabul edilmiştir. Dışa yakın hidrojen konsantrasyonu bununla birlikte, böyle bir borunun yüzeyi, hidrojen çıkışını kısıtlaması beklenen katodik polarizasyondan etkilenecektir. Bu nedenle, harici olarak uygulanan katodik koruma varlığında, asitli ürünler taşıyan boru hatlarının dış kısımlarındaki güvenli sertlik seviyelerini belirlemek için bir çalışma programı yürütülmüştür. Zorlu test koşullarına rağmen, yüksek sertlik seviyelerinin çatlamaya karşı dirençli olduğu gösterildi ve yeni veriler tarafından verilen artan güven, tavsiye edilecek standartlarda kapak geçişleri için izin verilen mevcut sertlik seviyelerinde daha fazla gevşemeye izin verdi.

Tanıtım

Asitli bir ürün taşıyan bir boru hattı için, korozyon nedeniyle çelikteki hidrojen konsantrasyonu iç yüzeyde en fazla olacaktır. Duvardan difüzyonun, hidrojenin dış yüzeyden evrimi ile gerçekleşeceği ve bu bölgedeki tepe hidrojen seviyesinin önemli ölçüde daha düşük olacağı beklenebilir. Bu nedenle, dış yüzeyde çatlama riski de iç duvara göre azaltılabilir ve daha yüksek bir sertlik limiti kabul edilebilir.

Çalışmalar bu etkileri doğrulamış ve asitli ürünler taşıyan hat borusu kaynaklarının dış sertliğinin (duvar kalınlığına bağlı olarak) 275-300HV'ye kadar çıkmasına izin veren BS4515'de belirtilen sertlik sınırlarının temelini oluşturmuştur.  Benzer şekilde, EFC yayın No 16'da güvenli bir dış sertlik olarak 275HV önerilir. Daha önceki çalışmada, dahili krikoyla strese maruz kalan ve şiddetli bir ortam içeren tam ölçekli halka numuneleri kullanıldı ve aslında 300HV'nin çok üzerindeki harici sertlik seviyelerinin, çatlamaya neden olmadan tolere edilebilir olduğu bulundu, bu nedenle bu sınır muhafazakar olarak kabul edildi. Bununla birlikte, hizmette, hat borusunun dış yüzeyinin, deniz suyundan veya diğer dış ortamdan koruma sağlamak için normal olarak katodik polarizasyona (CP) tabi olacağı kabul edilmelidir. Bu, hidrojenin dış yüzeyden çıkışını kısıtlayabilir ve dolayısıyla daha yüksek bir hidrojen içeriğine yol açabilir.

Bu etkinin önemi hakkında yayınlanmış verilerin yokluğunda, mevcut çalışma, mevcut sınırların hala muhafazakar olup olmadığını belirlemek için yapılmıştır.

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için karbon çeliği fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Yaklaşım

Deneysel program iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama, üretim, asitli NACE çözeltisine maruz bırakma ve beş halka test örneğinin çatlama açısından incelenmesinden oluşuyordu. Bu numunelerin dış yüzeylerinde bir dizi uzunlamasına, tek geçişli plaka üzerinde dikiş (BOP) kaynakları vardı. İkinci aşamada, 1. aşama ile aynı test koşulları altında, ancak merkezi olarak yerleştirilmiş tam nüfuziyetli kolan kaynağı içeren bir numune kullanılarak bir doğrulama testi yapıldı. İkinci faz halka test parçası üzerinde, daha fazla BOP kaynağının biriktirilmesi ve saplamaların su altı sürtünme kaynağı ile eklenmesiyle ilave sert bölgeler oluşturuldu.

Malzemeler

300-400HV5 aralığını kapsayan bir sertleşebilirlik yanıtı sağlamak üzere tasarlanmış tek boncuk kaynak dolgu denemelerinin ardından, faz 1 maruz kalma denemelerine dahil edilmek üzere beş farklı boru numunesi seçildi. Seçilen boru örneklerinin et kalınlıkları 17 ila 25 mm, çapları 356 ila 914 mm arasındaydı ve API 5L X52 veya X60 spesifikasyonlarına göre üretilmişti.

Doğrulama testi, faz 1 denemelerine dahil edilen beş borudan birinden (IC4040) alınan bir numune kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu borunun et kalınlığı tedarik edildiği şekliyle 18 mm idi. Bu, deliği merkezlemek için hafif bir sıyırma kesimi yapıldıktan sonra dış duvar yüzeyi işlenerek 9,5 mm'ye düşürüldü.

Çevresel Test

Test Hücrelerinin İnşası

Test hücreleri, sıkıca sabitlenmiş kapaklı sızdırmaz bir kap üretmek için birleştirilen boru bölümlerinden üretildi. 350-600 mm uzunluğunda kısa boru uzunlukları kesilmiş, ardından tornada tornalanarak kare uç yüzler elde edilmiştir. Her halkanın bir ucu, yaklaşık 100 mm'lik bir mesafe için duvar kalınlığını 3 mm'ye düşürmek için ayrıca işlendi. Nihai olarak test hücresinin tabanını oluşturacak olan bu azaltılmış duvar kalınlığı uçları, daha sonra 3 mm kalınlığında bir çelik disk ile kapatıldı ve çevresel kaynakla sızdırmaz bir bağlantı elde edildi. Gerinim ölçerler kullanılarak, halka test parçası içindeki stres dağılımının bu sızdırmazlık tekniğinden etkilenmediği tespit edildi.

Test hücrelerinin kapakları ya 10 mm kalınlığında çelikten ya da 20 mm kalınlığında perspeksten yapılmıştır. Çelik kapaklar, 200 mm çapında, 10 mm kalınlığında, perspex bir pencere ile merkezi olarak yerleştirildi. Bu pencere, maruz kalma süresi boyunca test hücresinin içinin incelenmesine ve ayrıca çözelti ile doldurma ve gaz giriş ve çıkış borularına erişim sağlanmasına izin verdi. Gerdirmeden sonra, test borusunun duvarına vidalanan cıvatalar kullanılarak veya ağır ağırlıklar uygulanarak kapakları esnek bir sızdırmazlık halkasına karşı aşağı çekerek test hücreleri üzerinde gaz geçirmez bir sızdırmazlık elde edildi.

Sert Bölgelerin Üretimi

BOP

1. aşamada, her bir halka test parçası, borunun dış yüzeyinde dört farklı sert bölge ile üretilmiştir. Her sert bölge, yaklaşık 100 mm uzunluğunda üç ayrı tortudan oluşuyordu. Bu birikintilerin yerleri, herhangi bir kadranda her kaynağa farklı, ancak bilinen stres seviyeleri uygulanabilecek şekildeydi. Sert bölgeler, 300, 350, 375 ve 400 HV5 HAZ sertlik seviyelerini hedefliyordu. Kaynak işlemi, 1.0 mm çaplı Bostrand LW1 dolgu maddesi ve CO2 koruyucu kullanılarak MAG mekanize edildi. Kaynak koşulları, uygun sertlik seviyelerini vermek için ilk denemelerden seçildi.

2. aşamanın doğrulama test parçası üzerinde plaka üzerinde boncuk tortuları da yapılmıştır. Dış boru yüzeyindeki üç konuma yaklaşık 150 mm uzunluğunda iki boncuk yerleştirilmiştir. Boncuk konumları, halka gerildiğinde %90 verim konumuna karşılık geldi. Her bir kaynak dikişi çifti, yeniden ısıtmayı önlemek için çevre kaynağından en az 25 mm yer değiştirmiştir. Amaç sertlik seviyeleri 350, 375 ve 450HV5 idi. Kaynak işlemi, faz 1 birikintileri ile aynıydı.

Kiriş Kaynağı

Doğrulama halkası test parçasını imal etmek için kullanılan tam nüfuziyetli kolan kaynağı. Bu preparasyon, 1.5 mm'lik bir kök yüzüne, 2.5 mm'lik bir kök yarıçapına ve kök boşluğu olmadan 6°'lik bir dahili açıya sahipti. Sığ oluklu bir bakır destek çubuğu takıldı. Kaynak işlemi MAG mekanize edildi ve kaynak pozisyonu boru yatay (1G) yani döndürüldü. Bostrand LW1 dolgu maddesi CO2 koruyuculu olarak kullanıldı.

Eklemi doldurmak için üç geçiş gerekliydi. Kapatma geçişinin tamamlanmasından sonra ve kaynak soğuduktan sonra, dış boru yüzeyindeki her kaynak ucunda bir tane olmak üzere iki çevresel boncuk daha biriktirildi. Bu iki ilave boncuğun ark enerjileri, ilgili HAZ bölgelerinin bir durumda ~350HV, diğerinde 375-400HV olmak üzere kaynak denemelerinden tahmin edilen sertlik seviyelerine sahip olacağı şekilde ayarlandı. Benzer şekilde, ark enerjisi ve kök geçişi için ön ısıtma koşulları, tahmini HAZ sertlik seviyesi <250HV verecek şekilde ayarlandı.

Sualtı Sürtünme Kaynakları

Yalnızca doğrulama testi için, su altı sürtünmeli kaynak işlemi kullanılarak saplamalar eklenerek ek sert bölgeler üretildi. Birleştirilen halka parçasının dış yüzeyine altı adet dişli (½" UNC), katı karbon çelik saplamalar takılmıştır. Bunlar, kolan kaynağının her iki tarafında %90 akma konumunda ve paralel bir çizgide üçerli iki grup halinde yerleştirilmiştir. boru uzunluğuna bir polistiren kalkanın ısıtıldığında bir yalıtıcı gaz kalkanı oluşturduğu bu tür kaynak için yerleşik bir prosedür izlenerek bir grup saplama kaynaklanmıştır. Sonuç olarak daha hızlı soğutma hızı ve önemli ölçüde daha yüksek HAZ sertlik seviyeleri Çiviler yaklaşık 75 mm aralıkla yerleştirildi ve hiçbiri çevresel kaynağın uçlarının 25 mm yakınında olmayacak şekilde yerleştirildi.

Halka Parçalarını Germe Yöntemi

Halka test parçalarının gerilmesi, birbirine taban tabana zıt iki örs vasıtasıyla boru duvarına temas eden, dahili olarak monte edilmiş bir vidalı kriko mekanizması vasıtasıyla yapılmıştır. Aşama 1 test parçaları için örsler 150 mm uzunluğundaydı ve 50 mm kenarlı kare bir kesite sahipti. Doğrulama halkası testi için kullanılan örsler, 75 mm kesit boyutları ve 450 mm uzunluğu ile zorunlu olarak daha sağlamdı. Vidalı krikolar ve örsler karbon çeliğinden yapılmıştır. Her bir örsün bir yüzü, boru duvarı ile bir hat teması sağlamak için 'V' şeklindeydi (120° açı ve 2 mm yarıçap dahil). Daha büyük örsler, kolan kaynak kök geçiş nüfuzu ile lokalize teması önlemek için orta uzunlukta 'V' şekli boyunca sığ bir oluk zemine sahipti. Çelik vidalı krikolar maruz kalma süresi boyunca yerinde kaldı ve aşındırıcı saldırılara karşı korunmadı.

Tek tek halka parçaları, test hücreleri kapatılmadan önce vidalı krikoların manuel çalıştırılmasıyla gerildi. Örslerin hemen yakınındaki dış boru duvarına yapıştırılan gerinim ölçerlerden o konumda akma gerilimine ulaşıldığı belirlenene kadar yükleme devam etti. Boru yüzeyindeki mikro gerinim gereksinimi, üretici tarafından bildirilen veya bu projenin bir parçası olarak küçük çekme test parçaları kullanılarak belirlenen akma gerilimi değerlerinden her bir boru malzemesi için hesaplanmıştır.

Maruz Kalma Testi

Çevresel olarak gerilmiş halka parçaları ve gaz geçirmez kapaklardan oluşan birleştirilmiş test hücreleri, yapay deniz suyu çözeltisine maruz bırakılmak üzere tanklara yüklendi. Deniz suyunun hacmi, en azından test hücresinin yer değiştirme hacmine eşitti. Tanklar, test hücresinin tepesinden yaklaşık 50 mm aşağıda bir seviyeye kadar yapay deniz suyuyla dolduruldu ve kaynak tortuları kaplandı. Katodik koruma (aşağıya bakınız) başlatıldı ve potansiyelin 48 saatlik bir süre boyunca stabilize olmasına izin verildi. Test hücreleri, %0.5 asetik asit ile %5 sodyum klorür kullanılarak NACE TM0177 Yöntem A'ya göre asitli test solüsyonu ile kapakların 10 mm yakınına kadar dolduruldu ve kapatıldı. NACE çözeltisinin oksijensizleştirilmesi, kullanılan nispeten büyük hacimler nedeniyle faz 1 testlerinde yerinde gerçekleştirilmiştir. Bu, nitrojen gazının test hücrelerinden yaklaşık 72 saat süreyle akıtılmasıyla sağlandı. Faz 2 doğrulama testi için, oksijensizleştirme ayrı bir kapta gerçekleştirildi ve çözelti, bir nitrojen örtüsü altında test hücresine aktarıldı. H2S gazı, test hücrelerinden akmaya başladı. Akış hızı, ilk 24 saat için başlangıçta yaklaşık 5 litre/dakika idi. Bu daha sonra 720 saatlik maruz kalma süresinin geri kalanı için yaklaşık 0,5 litre/dk'ya düşürüldü. Maruz kalma testi oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Maruziyet testinin tamamlanmasının ardından hücreler, NACE çözeltisinden ve gaz hatlarından H 2S'yi temizlemek ve güvenli kullanım sağlamak için 24-48 saat boyunca nitrojen gazı ile temizlendi, ardından boşaltıldı ve söküldü.

Katodik Koruma

Her iki fazdaki tüm test hücreleri, bir Ag/AgCl referans elektroduna göre, -1100mV'luk bir etkilenmiş potansiyelde ayrı ayrı potansiyostatik olarak kontrol edilen katodik korumaya tabi tutuldu. Anot olarak 2-3 metre uzunluğunda 0,5 mm çapında platin tel kullanılmıştır. Bu tel, plastik askılar kullanılarak, test hücresinin dış çevresi etrafında ve kaynak tortularına benzer bir derinlikte deniz suyuna asıldı. Anot telinin halka yüzeyinden mesafesi 50 ila 100 mm arasında değişmiştir. Etkilenen potansiyelin, NACE çözeltisine H2S gazı verilmeden önce 48 saatlik bir süre boyunca stabilize olmasına izin verildi. 720 saatlik maruz kalma süresi boyunca katodik koruma sağlandı.

Maruz Kalma Süresi Boyunca İzleme

Orijinal ayar koşullarının korunduğundan emin olmak için tüm test hücreleri, hafta sonları hariç günlük olarak kontrol edildi. Bu kontroller, H 2S gaz akışının devamının sağlanmasını, gerekli potansiyelde katodik korumanın sağlanmasını ve test muhafaza laboratuvarında sıcaklık değişimlerinin izlenmesini ve kaydedilmesini içeriyordu. Faz 1 halka test serisi için, testin başlangıcında, H 2S akışından önce NACE çözeltisinin pH'ı 2.5, dış hücrelerdeki deniz suyunun pH'ı 8.2 idi. 30 günlük maruz kalma süresinin tamamlanması üzerine, test hücrelerinin ikisinde (4 ve 5) NACE çözeltisinin pH'ı ölçüldü ve sırasıyla 3.4 ve 3.6 değerleri kaydedildi; deniz suyunun karşılık gelen pH'ı 6.4 idi. 10 gün maruz kaldıktan sonra aynı iki test hücresinin NACE solüsyonunda ölçülen hidrojen sülfür konsantrasyonları sırasıyla 3614ppm ve 4100ppm olmuştur. Faz 2 doğrulama testi için, test başlangıcında NACE ve deniz suyu çözeltilerinin pH'ı sırasıyla 2.8 ve 8.3 idi; maruz kalma süresinin tamamlanması üzerine bunlar sırasıyla 3.5 ve 7.3 idi. Bireysel halka parçalarında hidrojen evrimi süresinin izlenmesi yapılmamıştır. Bununla birlikte, TWI ve başka yerlerde üstlenilen önceki çalışmalardan, bu projede kullanılan test koşulları tipi için, hidrojen oluşumunun, H 2S akışının başlamasından yaklaşık 12-48 saat sonra meydana geldiği bilinmektedir.

Maruz Kaldıktan Sonra Sert Bölgelerin İncelenmesi

Aşama 1 - Halka test parçaları

Sert bölgeler içeren faz 1'den halka test parçalarının bölümleri, test hücrelerinden alevle kesme yoluyla çıkarıldı ve çatlama kanıtı için manyetik parçacık muayenesine (MPI) tabi tutuldu. Alevle kesme sırasında, kaynak bölgesi bölgelerinin fiziksel özelliklerini, özellikle de sertlik seviyelerini etkilemiş olabilecek aşırı ısınmasını önlemek için özen gösterildi. Kaynak bölgelerindeki iç ve dış boru yüzeylerinin MPI incelemesi ve görsel incelemesinin ardından, ayrı kaynak boncukları ve ilgili HAZ, soğuk testere ile boru segmentlerinden çıkarıldı. İlk olarak, her kaynak dolgusunun orta uzunluktaki konumundan tek bir enine kesit 6 um'lik bir elmas cilaya hazırlandı. Her borunun en sert HAZ bölgesinden bir enine kesit daha alınmıştır. Tüm kesitlerin çatlama ve kabarma kontrolü, önce hazırlanan yüzey 'cilalı' durumdayken, daha sonra %2 nitalde hafif dağlamadan sonra yapılmıştır. Metalografik incelemenin tamamlanmasının ardından, sert bölgelerden sertlik ölçümleri (Vickers HV5) yapılmıştır.

Aşama 2 - Doğrulama halkası test parçası

Doğrulama test parçasının kolan kaynak bölgesi, maruz bırakma testinden sonra ve kesitlemeden önce ultrasonik olarak incelendi. Halka parçası daha sonra kesitlere ayrılmış ve hem iç hem de dış kaynak yüzeylerinin MPI denetimine tabi tutulmuştur. Enine kaynak bölümleri, kolan kaynağından, BOP tortularından ve sürtünme kaynaklarından çıkarıldı. Çevre kaynak kesitleri, kaynak başlığı yüzeyinde %100 ve %90 akma gerilmesine maruz kalan bölgelerden alınmıştır. BOP bölümleri yaklaşık olarak orta uzunlukta bir pozisyonda çıkarıldı. Sürtünme kaynaklarından enine kesit merkezi olarak alınmıştır. Metalografik inceleme için önceden olduğu gibi kesitler hazırlanmış ve sertleştirilmiş bölgelerde sertlik ölçümleri yapılmıştır. 

Aşama 1 - Halka Test Parçaları

Kaynak bölgelerindeki dış boru yüzeyinin görsel veya MPI incelemesi ile çatlak benzeri tip kusurları tespit edilmedi, ancak bazı tortularda kaynak başlangıç konumlarındaki uç bölgelerde kaynak soğuk bindirmelerinden kaynaklandığına inanılan belirtiler rapor edildi. Projenin bu aşamasındaki kaynak bölgelerinin hiçbiri ultrasonik muayeneye tabi tutulmadı. Metalografik kesitlemenin sonuçları, incelenen bölümlerin birçoğunda kaynak ucu izinsiz girişlerin varlığını doğruladı. Bu özelliklerin yüzeylerindeki ferrit çekirdeklenmesinden, bunların kaynak işleminden kaynaklandığı ve korozyonla ilgili olmadığı açıktı.

Yapılan çeşitli incelemelerin hiçbirinde hidrojen destekli stres korozyonu çatlamasına dair hiçbir kanıt ortaya çıkmadı. Sonuçlar ayrıca, projenin bu aşamasında kullanılan test koşulları için değerlendirilen beş boru malzemesinin hidrojen basıncı kaynaklı çatlamaya (HPIC) karşı önemli bir dirence sahip olduğunu göstermektedir. Aslında, bu tip çatlamanın en kötü örneği, Ex-621982 numaralı borudaki W17 ile bağlantılı izole edilmiş 340 um'lik bir çatlaktı. Bu özel özellik, kaynak tortusunun kökünün altında, borunun dış yüzeyinden yaklaşık 10 mm ve kaynak füzyon sınırından 7 mm uzakta bulunuyordu.

390 HV'nin üzerindeki sertlik seviyelerine ulaşılmış ve tüm borularda %90 verimle gerilmiştir.

Aşama 2 - Doğrulama Test Parçası

Test parçasının hem dış hem de iç boru yüzeyindeki kaynak bölgelerinin ilk görsel incelemesi, iç boru yüzeyinde hidrojen kabarması not edilmesine rağmen, herhangi bir yüzey kırılma çatlağının varlığını ortaya çıkarmadı. MPI tarafından daha fazla inceleme, kök kaynak metalinde çok sayıda enine çatlak varlığını gösterdi. Yerlerde bu çatlaklar kaynak HAZ'ına kadar uzanır. Bu enine çatlaklar, maruz kalma testi sırasında gerilime maruz kalan bölgelerde frekans artmasına rağmen, kök geçişinin tüm çevresel uzunluğu boyunca mevcuttu. Ek olarak, hidrojen kabarmasıyla ilişkili çatlama not edildi. Dış boru yüzeyinde gerçekleştirilen çevre kaynak bölgesinin ultrasonik muayenesi, kaynak metali veya HAZ bölgelerinde herhangi bir çatlak benzeri kusur göstermedi.

Kolan, plaka üzerindeki boncuk veya sürtünme saplama kaynakları boyunca metalografik kesitlerde sonsuz bölgelerde hidrojen destekli çatlamaya dair hiçbir kanıt gözlemlenmedi. Bazı kolan kaynak bölümlerinde kök paso ve kapaklama pasolarında kaynak ucu girintileri gözlendi, ancak her durumda bunlar kaynak işlemiyle ilişkiliydi.

Çevre kaynak kapatma geçişi için 447HV5'e kadar olan sertlik seviyeleri ölçülürken, 429HV5 sürtünme saplama kaynaklarından biri altında ölçülmüştür. BOP kaynaklarında 432HV'lik bir tepe HAZ sertliği kaydedildi.
 

Bu programın başlangıcında, daha önceki araştırma projelerinde oluşturulmuş bir veri gövdesi mevcuttu. Bu verilere dayanarak, asitli servis boru hatlarının dış bölgeleri için şu anda 50HV'ye kadar gevşemelere izin verilmektedir. Bu gevşemelerin temeli, tek taraflı maruz kalma ile hidrojenin kaçtığı ortamdan uzaktaki yüzeye yakın çeliğin, çevreye bitişik olandan daha düşük bir hidrojen içeriğine sahip olacağı ve bu nedenle daha yüksek sertliği tolere edebilmesi gerektiğidir. . Önceki deneysel veriler bu teoriyi doğrulamıştı ve gerçekten de görünüşte güvenli sertlik seviyeleri şu anda izin verilen 300HV'nin oldukça üzerindeydi.

Daha yakın tarihli çalışmada, asitli çözelti içeren API 5L X52 hat borusu numunelerinin dış duvar yüzeylerinde 396HV'ye kadar sert bölgeler oluşturulmuştur. Test parçaları %100 akma mukavemetine kadar gerildi. Asitli çözelti sızıntısının dış boru yüzeyini kirlettiği bir test parçası dışında, hiçbir çatlama kaydedilmedi. Bundan önce bir dizi benzer test gerçekleştirdi, ancak yük uygulanmadı. Bazı kaynaklarda çatlama meydana geldi, ancak sadece 411 ile 427HV arasında sertlik seviyelerine sahip olanlarda. 400HV sertlik seviyelerinin boru hattı üretimi için kabul edilebilir olması pek olası değildir ve deneysel veriler ile izin verilen sertlik arasında bir miktar marj tavsiye edilebilir. Bununla birlikte, 100HV çok büyük bir marjdır ve BS4515 tarafından asitli olmayan hizmette kapak HAZ bölgeleri için 350HV'ye kadar sertliğe izin verilir.

Deneysel olarak kanıtlanmış güvenli sertlikler ile izin verilen sertlikler arasındaki 100HV marjını gevşetmeye yönelik bir düşünce, katodik polarizasyonun dış yüzeyden hidrojen kaçışı üzerindeki olası etkisine ilişkin bir endişe olabilir. Önceki deneysel çalışmada, dış yüzeyler kuru ve atmosfere açıktı, oysa işletim boru hatları genellikle korozyon koruması için katodik polarizasyon ile kaplanmış ve/veya ıslaktı.

Mevcut çalışma, -1100mV katodik polarizasyon ile bile, dış yüzeye yakın 400HV'nin üzerindeki HAZ sertlik seviyelerinin, bir boru içinde NACE TM0177 yöntemi A çözeltisi varlığında çatlamaya karşı dirençli olduğunu göstermiştir. Bu sonuçları değerlendirirken, hidrojen konsantrasyon gradyanının dikliği bundan etkileneceğinden boru et kalınlığının dikkate alınması gerekir. Dış yüzeyin altındaki bir boncuk derinliğindeki hidrojen konsantrasyonu, daha dik gradyan nedeniyle daha ince bir boruda daha yüksek olacaktır ve bu nedenle güvenli sertlik seviyelerinin daha düşük olması beklenir. Bu nedenle, BS4515'teki gevşeme, deneysel verileri, yani 9,5 mm'yi oluşturmak için kullanılan minimumdan daha büyük veya buna eşit duvar kalınlığına sahip borularla sınırlıdır. Mevcut çalışmanın ilk aşamasında, test edilen en ince boru duvarı 17 mm idi, ancak sonuçların mevcut sınır olan 9,5 mm'ye kadar uygulanabilirliği, 400HV'nin üzerindeki HAZ'ların dirençli olduğunun gösterildiği Faz 2 denemesi ile doğrulandı.

Faz 2 denemesi tarafından sınırlı bir dereceye kadar test edilen bir yön, kaynak metali sertliğidir. İstenen HAZ sertliklerini oluşturmak için eklenen iki kapak geçişi, 269HV5'e kadar kaynak metali sertliklerine sahipti. Bu hatlar yüksek uzunlamasına kalıntı gerilmelere sahip olacak ve ayrıca ovalleşme tarafından bu yönde gerilmeye maruz kalacak ve çatlamayacaktır. (Önceki tüm denemelerde, ovalleşmenin kaynak metali bölgelerini mümkün olduğu kadar şiddetli bir şekilde zorlamaması için, taşma bozulmamış uzunlamasına yönlendirilmiş kaynaklar kullanılmıştır). Kaynak metallerine HAZ sertlik limitlerini uygulamak her zaman mümkün olmasa da, deneysel HAZ limitleri ile çatlamaya dirençli en yüksek kaynak metali sertliği arasındaki marj öyledir ki, bu kaynak metali değerinin eşiğin bir şekilde altında olduğu konusunda biraz güvenilebilir. 

Bu çalışmada incelenen diğer sert bölge, su altı sürtünme kaynaklı saplamalar tarafından indüklenen sert bölgedir. Yine 400HV'nin üzerindeki HAZ bölgelerinin çatlamaya karşı dirençli olduğu bulunmuştur.

Aşama 2 testinin beklenmeyen bir sonucu, kaynak kökünde enine çatlamanın varlığıydı. Bu çoğunlukla kaynak metalindeydi, ancak bazıları genellikle kabarcıklarla ilişkili HAZ malzemesine yayıldı. Kök kaynak metali sertliği 250HV'nin (maksimum 243HV5) altındaydı. Bu çatlama, projenin odak noktası olan dış bölgenin test edilmesini etkilemedi ve detaylı bir şekilde araştırılmadı. Bununla birlikte, daha önce C-Mn kaynak metalleri için sertlik limitlerinin asitli servisteki HAZ'lardan daha düşük olabileceğine dair göstergeler olduğu belirtilebilir ve bu nedenle doğrudan asite maruz kalan kaynak metali için daha düşük limitlerin belirtilmesi gerekebilir. ortamlar. Mevcut davadaki çatlama, test ortamının agresif ve hidrojen şarjı olduğuna dair bir miktar onay sağlar.

Bu projenin sonuçları, boru hatlarının dış kısımlarında daha yüksek sertliklere izin verilmesine ilişkin mevcut uygulamanın, katodik polarizasyon varlığında hiçbir şekilde güvenli olmadığını göstermediği için cesaret verici olmuştur. Aslında ek veriler, bu sertlik sınırında bir miktar gevşemenin uygun olabileceğini düşündürmektedir. Kabul edilebilir sertlik limitleri göz önüne alındığında, dikkate alınması gereken üç değer vardır: asitli servis için akım limiti, tatlı servis için akım limiti ve çatlama için deneysel eşik. Üst sınır bölgesi için BS4515 ile ilgili mevcut durum aşağıdaki gibi özetlenebilir:

Her durumda en basit seçenek, tatlı ve asitli servis için aynı kapak sertliğine izin vermek olacaktır. 9,5 mm et kalınlığı ve üzerindeki borulardaki HAZ'lar için, veri miktarı ve mevcut tatlı servis limitleri ile deneysel eşikler arasındaki farkın boyutu, bu yaklaşımın tavsiye edilebileceği şekildedir.

Her durumda en basit seçenek, tatlı ve asitli servis için aynı kapak sertliğine izin vermek olacaktır. 9,5 mm et kalınlığı ve üzerindeki borulardaki HAZ'lar için, veri miktarı ve mevcut tatlı servis limitleri ile deneysel eşikler arasındaki farkın boyutu, bu yaklaşımın tavsiye edilebileceği şekildedir.

9,5 mm duvar kalınlığının altında deneysel veri yoktur ve daha dikkatli olunması tavsiye edilir. Bununla birlikte, katodik polarizasyonun daha yüksek duvar kalınlıklarında sertlik eşikleri üzerinde çok az etkisinin olması cesaret vericidir ve en azından katodik korumalı boru için izin verilen sertlik seviyelerinin düşürülmesi gerektiği anlamına gelmez.

Kaynak metalleri için deneysel eşikler iyi tanımlanmamıştır ve kaynak metallerinin çatlamaya HAZ'lardan daha duyarlı olabileceği endişesi vardır. Bununla birlikte, bu çalışmada üretilen veriler, mevcut 275HV10 limiti üzerinde herhangi bir endişeye neden olmamaktadır.

Bu projenin sonuçları aynı zamanda saplamaları tutturma aracı olarak su altı sürtünme kaynağının kullanımına da güven verdi. Şu anda ne tatlı ne de asitli serviste bu işlem için belirli bir sertlik limiti yoktur ve sadece sınırlı servis deneyimi vardır ve bu nedenle bir sertlik limiti belirlemek için erkendir. 

Asitli ortam taşıyan ve aynı zamanda harici katodik polarizasyona maruz kalan 9,5-25 mm et kalınlığındaki X52 ve X60 boru hatlarının dış kısımlarında tolere edilebilir sertlik seviyelerini araştırmak için bir çalışma programı yürütülmüştür. Dahili test ortamı, NACE TM0177 yöntemi A çözeltisiydi ve -1100mV, Ag/AgCl'de katodik polarizasyon uygulandı. Test kaynakları, plaka üzerinde boncuklar, sürtünme kaynaklı saplamalar ve bir çevre kaynağından oluşuyordu. Numuneler, sertleştirilmiş alanlarda %100 gerçek ana malzeme akma gerilmesine ovalleştirme yoluyla gerilmiştir. Test numunelerinin hiçbirinde sertleştirilmiş dış bölgelerde herhangi bir çatlama indüklenmedi ve sonuç olarak aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir.

400HV'nin üzerindeki tepe HAZ sertlik seviyeleri, NACE TM0177 yönteminin karşıt çelik yüzeyindeki bir çözeltinin birleşik etkisi altında hidrojen çatlamasına ve uygulanan stres seviyelerinde yukarıya kadar uygulanan stres seviyelerinde sertleştirilmiş yüzeyde -1100 mV, Ag/AgCl katodik polarizasyonuna karşı dirençlidir. %100 gerçek ana malzeme akma gerilimi. Bu sonuç, 9,5 mm et kalınlığı ve üzeri çelikler için geçerlidir.

En az 269HV'ye kadar olan pik kaynak metali sertlikleri, sonuç 1 ile aynı koşullar altında çatlamaya karşı dirençlidir.