Dönüştürülebilir ferritik çeliklerin, çeşitli çevresel koşullarda hidrojen kaynaklı stres korozyon çatlamasına (SCC) potansiyel olarak duyarlı olduğu, hidrojenin bir katodik korozyon reaksiyonu ile oluşturulduğu yaygın olarak kabul edilmektedir. Çatlama riski, diğerlerinin yanı sıra, serbest bırakılan ve çeliğe giren hidrojen miktarına bağlıdır ve sorun, hidrojen sülfürün mevcut olduğu 'ekşi' ortamlarda özellikle akut hale gelir, çünkü görünüşe göre yüzeyde bir sülfit tortusu oluşur. metal yüzey, hidrojen atomu kombinasyon reaksiyonunu engeller ve böylece çeliğe hızlı ve şiddetli hidrojen girişini destekler. Bir hidrojen gevrekliği olgusundan bekleneceği gibi, artan sertlik ve mukavemet seviyesi ile malzeme duyarlılığı artar ve bu nedenle pratikte problemin kontrolü büyük ölçüde kabul edilemez derecede sert mikro yapılardan kaçınmaya dayanır. Ekşi ortamda, bu temelde Rockwell C22'nin (HV243*) sınırlayıcı sertliği uygulanır.
Sertliğin etkisinin ötesinde, çelikte bir alaşım elementi olarak nikelin mevcudiyetinin, çatlamaya karşı artan duyarlılığı desteklediği bildirilmiştir ve bu elementi ekşi koşullarda hizmet için malzemeden yasaklayan özellikler yayınlanmıştır. . Aynı zamanda, ferritik çelik yapıların kesit boyutları arttıkça ve daha zorlu tokluk gereksinimleri uygulandıkça, kaynak dolgusu az miktarda nikel içermedikçe kabul edilebilir kaynak metali tokluğu elde etmek zor olabilir. Hem yüksek kaynak metali tokluğu hem de iyi stres korozyon direncinin gerekli olduğu durumlarda, nikel ilavelerinin güvenli bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağı belirsizdir.
Nikelin rolünü aydınlatmayı amaçlayan hemen hemen tüm çalışmalar, esas olarak H2S ile doyurulmuş %3 NaCl+%0.5 asetik asit içeren NACE test çözeltisini takiben, ekşi ortamdaki testlere dayanmaktadır. Nikelin olası etkisine ilişkin endişeler, büyük ölçüde, Treseder ve Swanson tarafından yapılan çalışmalardan kaynaklanmaktadır. Nikel içeren bir dizi dövme alaşımın, Rockwell C22'nin (HV243) altındaki sertliklerde bile çatlamaya karşı kayda değer bir hassasiyet gösterdiği bulundu ve bu, Burns tarafından daha sonraki bir araştırmada da geçerliydi. Buna karşılık, Snape'in erken bulguları, mikroyapı ve sertliğin SCC duyarlılığı üzerinde bir etkisini tanımladı, ancak %0-3Ni aralığında nikelden biri değil ve Snape'in çalışmasının olduğu belirtilebilir. Görünüşte ayrık ısılardan türetilmiş ve bileşimsel olarak yalnızca nikel içeriğinde farklılık gösteren malzemelerin incelenmesini içeriyordu. Snape, Treseder ve Swanson tarafından incelenen nikel içeren malzemelerin Acl'nin üzerinde temperlendiğini (nikelin Acl'yi azaltma etkisine sahip olduğunu) önerdi, böylece test edilen numuneler küçük miktarlarda temperlenmemiş martensit içeriyordu ve bu da SCC duyarlılığını belirgin şekilde artırabiliyordu. . Bu, Treseder ve Swanson tarafından, numunelerinin optik metalografik incelemesinde bu tür temperlenmemiş martenziti gözlemlememeleri temelinde tartışıldı.
Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
karbon çelikleri fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Kowaka ve Nagata, Rockwell C22 (HV243) sertliğinin altında nikel içermeyen çelikte çatlama buldular, ancak manganez gibi nikelin en azından HRC 19-29 (HV225-285) sertlik aralığında olumsuz bir etkisi olduğu sonucuna vardılar. ve bakır, ancak daha az ölçüde. Fraser ve Eldredge tarafından yapılan çalışma da nikelin SCC direncini azalttığını, ancak yine diğer elementlerin benzer bir etkiye sahip olduğunu, görünüşe göre molibden özellikle olumsuz olduğunu gösterdi. Alaşımın genel olarak SCC duyarlılığını arttırması beklenmelidir, çünkü hem katı çözelti etkilerinin hem de daha sert dönüştürülmüş yapıların oluşumunun bir sonucu olarak malzeme sertliği artma eğiliminde olacaktır. Bu bağlamda, Keller ve Cameron'in sonuçları, nispeten az sayıda test gerçekleştirilmesine rağmen, aynı mukavemet seviyesinde temperlenmiş AISI 4140 (nikelsiz) ve 4130 (nikel içeren çelikler) arasında duyarlılık açısından hiçbir fark göstermemektedir.
Kaynak metallerine dönersek, Watanabe ve Mukai, ekşi ortamda yapısal çelik uygulamaları için sarf malzemeleri üzerinde yapılan testlerde nikelin SCC direncini azalttığı sonucuna varmıştır. Bununla birlikte, incelenen elektrotlar, nikel dışındaki elementler açısından farklılık göstererek, bireysel alaşım elementlerinin etkileri arasında ayrım yapmayı zorlaştırırken, rapor edilen gerilim/arıza süresi verilerinden, bir eşik geriliminin yeterince tanımlanıp tanımlanmadığı şüphelidir. Tüm vakalar. Watanabe ve Mukai'ninkine benzer bir sonuç Kihara ve diğerleri tarafından da çizilmiştir, ancak aynı zamanda ekşi ortamda yapısal çelik kaynak metalleri üzerinde de çalışan Nakayama ve diğerleri, sabit kaynak koşulları için tüm alaşım elementleri Cr, Si, Mo ve Ni, yukarıda belirtildiği gibi her biri tortu sertliğini artırma eğiliminde olacağından beklenebileceği gibi olumsuz bir etkiye sahipti.
Hem kaynak metali hem de ana çelikler üzerinde NACE koşulları altında yapılan denemelerde, Schmid nikel seviyesi ile SCC davranışı arasında hiçbir korelasyon bulamadı. Kullanılan malzemelerin bileşimi önemli ölçüde farklılık gösterdi, ancak elde edilen sonuçlar kesinlikle nikelin çatlama duyarlılığı üzerinde baskın bir etkiye sahip olmadığını gösterdi. Ek olarak, hemen hemen nikel içermeyen kaynak metalinin (%0.06Ni) sadece Rockwell B87'de (HV173) SCC gösterdiği, yani Rockwell C22 (HV243) seviyesinin oldukça altında olduğu not edilebilir.
Yukarıdaki araştırmalar, doğrudan SCC testi ile nikelin etkisini esasen incelemiştir. Okada ve diğerleri, asitli koşullar altında hidrojen alımını incelemiş ve nikelin dövme çeliğe hidrojen giriş oranını arttırdığı sonucuna varmıştır. Bununla birlikte, incelenen iki malzeme, nikel dışındaki elementlerde farklılık göstermiştir ve özellikle, düşük nikel malzeme de biraz daha yüksek bakır içeriğine sahipti ve bakırın ekşi ortamda hidrojen alımını azaltabileceği iyi bilinmektedir. Aynı zamanda, Yukawa ve diğerleri, en azından yüksek nikel seviyelerinde (c. 9%Ni), ekşi ortamda korozyon hızının olduğunu gösterdiğinden, nikelin hidrojen yakalama oranını artırarak SCC'yi teşvik etme olasılığı göz ardı edilemez.
Dunlop'un düşük sıcaklıkta servis için nikel çelikler üzerindeki çalışması birkaç açıdan dikkate değerdir. Duyarlılık, aynı malzeme kalitesi üzerinde çalışan Schmid tarafından elde edilenden çok daha düşük bir eşik gerilimi ile Rockwell C22'nin (HV243) oldukça altındaki sertlik seviyelerinde bulundu. Ayrıca, katodik korumanın uygulandığı ekşi koşullarda hiçbir çatlama meydana gelmedi ve bu nedenle Dunlop, nikelin rolünün, başarısızlık mekanizmasını hidrojen gevrekliğinden bir 'aktif yol' çatlamasına dönüştürmek olduğu sonucuna vardı. Ancak Dunlop nikel içermeyen malzemeler üzerinde çalışma yapmamıştır ve katodik koruma ile çatlama olmamasının nedeninin arıza mekanizmasındaki bir değişiklikten değil, çelik yüzeyinde bir sülfit tortusu oluşumunu engelleyen katodik polarizasyondan kaynaklanmış olması mümkündür.
Ferritik çeliklerin SCC'sinin hidrojen gevrekliği ile mi yoksa aktif bir yol ile mi geliştiği sorusu, deniz koşullarında yüksek mukavemetli çelikler açısından en yaygın şekilde tartışılmıştır ve şimdi genel olarak başarısızlığın aslında hidrojen gevrekliğinden kaynaklandığı kabul edilmektedir. Mekanizma ne olursa olsun, ekşi koşullarda çatlama ile bir paralel çizilebilir ve eğer nikelin içsel SCC direnci üzerinde olumsuz bir etkisi varsa, bunun yüksek mukavemetli çelikler üzerinde karşılaştırmalı değerlendirme çalışmalarından anlaşılması beklenebilir. Mevcut verilerden böyle bir eğilim görülmemektedir ve bir dizi mukavemet seviyesi için, nikel içermeyen ve nikel içeren alaşımlarla benzer SCC direnci elde edilebilir, ancak artan çukurlaşma eğilimi, çok fazla aşınma ile ilişkilendirilebilir. hizmette SCC'nin başlatılmasını kolaylaştırabilecek yüksek nikel kaliteleri (örneğin %18 Ni maraging çelikleri). Yüksek alaşımlı çelikler açısından, Kane ve arkadaşlarının %13Cr/%4Ni CA6NM kalitesinin ekşi ortamda nikel içermeyen %13Cr CA15'e göre daha yüksek SCC direnci sergilediğini buldukları da belirtilebilir.
Genel olarak, bir dizi araştırmacı nikelin SCC direncini azaltmada tekil bir etkiye sahip olduğunu belirtmiş olsa da, bu kesin olarak kanıtlanmamıştır. Snape tarafından yapılan çalışmaların olası istisnası dışında, nikel dışındaki elementler farklı test programlarında değişiklik göstermektedir (ve bu kesinlikle kaynak metali araştırmaları için geçerlidir), bu da nikelin çatlama sırasında izolasyondaki rolünü değerlendirmeyi zorlaştırmaktadır.
Mevcut Araştırmalar
Nikelin SCC direnci üzerindeki rolü pozitif olarak belirlenmediği için ve bu elementin kaynak metali tokluğu açısından faydaları göz önüne alındığında, nikelin uygun kaynak metallerinin SCC davranışı üzerindeki etkisini incelemek için mevcut araştırma başlatılmıştır. karbon manganlı yapısal çelik imalatları. Hidrojen kaynaklı SCC ile ilgili en yaygın pratik endişe, iki tür hizmet ile ilgili olarak ortaya çıkar, yani, (i) katodik koruma uygulanmış deniz koşulları altında; ve (ii) ekşi ortamda. Mevcut araştırma, bu tür çevresel rejimler altında nikelin rolünü incelemiştir, ikinci durumda, hem ciddi bir standart laboratuvar testini temsil eden NACE testine hem de düşük H2S seviyeleri ile pratik deniz suyu ortamını simüle eden koşullara dikkat edilmiştir.
Üç sarf malzemesi türü kullanıldı, yani: nikel içeren bir örnek (AWS E8018 Cl tipi), yapısal çelik uygulamaları için nikel içermeyen bir sarf malzemesi (AWS E7018 tipi) ve arttırılmış manganez ile alaşımlı nikel içermeyen bir elektrot (yaklaşık %1,6) 8018 Cl sarf malzemesine benzer bir güç vermek için. BS 4360 Grade 50D'nin ana malzemesi, temsili bir yapısal çelik olarak kullanıldı ve düşük ve yüksek sertlikteki kaynak ısısından etkilenen bölgeler (HAZ'ler) üzerinde karşılaştırmalı çalışmalar yapıldı.
Deneysel
Genel Yaklaşım
Yukarıdaki hususlardan yola çıkarak, deney programı üç çevresel koşulun kullanımına dayanmaktadır, yani:
Katodik koruma ile simüle deniz suyu
Standart NACE solüsyonu, yani H2S ile doyurulmuş %0.5 asetik asitli %3 sodyum klorür
C ile simüle deniz suyu. 100ppm H2S.
Bunlardan birincisi ve üçüncüsü ile ilgili olarak, çalışma, hem önceden var olan bir kusurun ciddi pratik durumunu yeniden oluşturmak hem de sonuçların lineer elastik kırılma mekaniği ilkeleri kullanılarak değerlendirilmesini sağlamak için önceden çatlamış numuneleri içeriyordu. Ayrıca yöntem, kaynak metalinin ve test kaynaklarının HAZ'larının ayrı ayrı örneklenmesini sağladı. İkinci ortamdaki çalışmalarda, NACE standart prosedürü izlenerek çekme numuneleri kullanılmıştır. Başlangıçta, bir kaynağın tüm alanlarının nispi duyarlılıklarının tek bir numunede ölçülebilmesi için çekme testleri enine kaynak numuneleri kullanılarak gerçekleştirildi. Bu durumda, tercihli ana malzeme hatası not edildi ve sonraki testler, tüm kaynak metali çekme numunelerinin kullanımına dayanıyordu.
Malzeme duyarlılığı, öncelikle, uygun şekilde 'eşik' stres veya stres yoğunluğu seviyeleri temelinde değerlendirildi. Ek olarak, nikelin hidrojen toplama hızı üzerindeki etkisi, küçük numunelerin farklı test ortamlarına maruz bırakılması ve ardından hidrojen analizi ile incelenmiştir.
Malzemeler
Ana Malzeme
Kullanılan BS 4360 Grade 50D'nin özel ısısı, karşılaştırma amacıyla test programında elde edilecek hem 'sert' hem de 'yumuşak' HAZ mikroyapıları için yeterince yüksek bir karbon eşdeğeri (CE) seviyesine sahip olacak şekilde seçilmiştir.
Kaynak Elektrotları
Yukarıda belirtildiği gibi, üç sarf malzemesi türü kullanılmıştır, yani:
E7018
E8018-C1
%1.6Mn
Sarf malzemeleri BOC Murex Ltd tarafından üretilmiş ve tedarik edilmiştir ve diğer elementlerin büyük ölçüde sabit kalması için gerektiği şekilde akı yoluyla nikel ve manganezin eklendiği ortak bir çekirdek tel ve temel eritken formülasyonuna dayandırılmıştır. Elektrotlar, kaplama formülasyonunun tutarlılığını sağlamak için laboratuvar ölçeğinde, ancak normal endüstriyel üretim uygulamasına özgü koşullar altında yapıldı. Göreceli sarf malzemesi bileşimleri esasen gerektiği gibidir (yani nikel ve manganez dışındaki elementler sabit tutulmuştur), ancak kaynağın kaynak metali olarak kabul edilmeyeceği kabul edilecektir. Aşağıda açıklandığı gibi hazırlanan alın kaynaklarındaki metal bileşimi, seyreltmedeki yerel varyasyon nedeniyle en azından bağlantı kalınlığı boyunca bir dereceye kadar değişecektir.
Test Kaynağı Hazırlığı
Kaynak metali mekanik özelliklerinin ve SCC direncinin değerlendirilmesi için, BS 5135:1974, hazırlık (f)'deki gibi asimetrik bir çift V hazırlığı ile farklı sarf malzemeleri kullanılarak alın kaynakları hazırlandı. Kök pasosunun biriktirilmesinin ardından, ikinci tarafta kaynaklar, birinci tarafta arka oluk açma ve dolgu ile tamamlandı. Tüm kaynaklama 100°C ön ısıtma ve 100-150°C pasolar arası sıcaklık ile gerçekleştirilmiştir.
HAZ SCC çalışmaları için, eklemin tamamlanmasından önce 5-10 mm kalınlığında bir kaplama sağlamak için dikey bacak yağlanırken bir K preparasyonu kullanıldı. Farklı HAZ sertlik seviyelerine ulaşmak için yağlama sırasında akım ve hareket hızı değiştirildi. Yağlamanın ardından, kaynak metali değerlendirmesine yönelik V-hazırlık test panellerinde olduğu gibi bağlantı tamamlama gerçekleştirildi.
Tüm kaynaklama DC elektrot pozitif polaritesi ile düz konumda gerçekleştirildi, elektrotlar 1 saat süreyle 450°C'de fırınlandı ve kullanımdan önce 150°C'de saklandı.
Mekanik Özellikler
Tüm kaynak metali Hounsfield 14 çekme numuneleri* hazırlanmış ve oda sıcaklığında test edilmiştir.
Gösterge uzunluğu = 22,7 mm, gösterge çapı = 6,4 mm
Sonuçlardan 7018 ve 8018-C1 tipleri ilgili spesifikasyon gerekliliklerine uygundur. %1,6Mn kaynak metali, amaçlandığı gibi 7018 elektrotlarından daha güçlüdür, ancak 8018-C1 sarf malzemelerininkiyle tam olarak eşleşmez.
Gerilme Korozyon Testi
Deniz Suyu Çalışmaları
Tek kenarlı çentikli (SEN) ve yorulma çatlaklı numuneler, test kaynaklarından işlendi, çatlak ucu ya kaynak metaline ya da HAZ'a yerleştirildi. Numuneler, çinkoya bağlanarak uygulanan katodik koruma ile simüle edilmiş deniz suyuna (ASTM D1141-75) maruz bırakıldı ve 1000 saatin üzerinde sabit yük koşulları altında üç noktalı bükülmede gerildi. Bu sürenin ardından, arıza oluşana kadar yük kademeli olarak artırıldı. Başlangıçta yükün minimum 48 saat arayla maksimum %10 oranında artırılması amaçlanmıştı. Bu nominal çizelge, yüksek mukavemetli çelikler üzerindeki diğer Kaynak Enstitüsü çalışmalarını takiben benimsenmiştir ve mevcut çatlak yayılma hızı verilerinden, eşik stres yoğunluğunun aşılması durumunda yük artışları arasında numune hatası vermesi beklenmiştir. Bununla birlikte, bazı numuneler, bir yük artışının uygulanması sırasında başarısız oldu, ancak beklenenden daha yavaş bir büyüme oranı anlamına gelen çatlak genişlemesi gösterdi. Bu nedenle, çoğu numune için, minimum 96 saatlik aralıklarla uygulanan yük artışı %5 olmuştur.
Testler +20°C ve +4°C'de gerçekleştirilmiştir. SCC testinde hiçbir numune tam ayrılma göstermedi ve kalan kırılmamış bağ bu nedenle toplam çatlak derinliğinin ölçümü ve hem başlangıçta uygulanan hem de başarısızlığa karşılık gelen stres yoğunluğunun hesaplanması için sıvı nitrojen sıcaklığına soğutulduktan sonra kırıldı. Karşılaştırma için, aşındırıcı bir ortamın yokluğunda kırılma tokluğunu belirlemek için numuneler havada da test edildi.
NACE testi
Silindirik çekme testi numuneleri, NACE gerekliliklerine göre işlendi. İlk olarak, numuneler, kullanılan üç sarf malzemesi türünün her biri kullanılarak yapılan kaynakları test etmek için enine işlendi. Sabit yük testi, NACE koşulları altında +25°C'de bir dizi uygulanan yük ile gerçekleştirildi, her durumda arızaya kadar geçen süre kaydedildi. Bununla birlikte, tüm numuneler ana malzeme hatası gösterdi ve bu nedenle yukarıdaki gibi kaynak koşulları kullanılarak kaplanmış pedlerden işlenen tüm kaynak metali numuneleri kullanılarak başka testler yapıldı.
Düşük H2S Çalışmaları
Amaç, yaklaşık 100ppm H2S içeren deniz suyundaki SCC direncini değerlendirmekti. Bu amaçla, ticari olarak yüksek saflıkta %10H2S/%90N2 karışımının geçtiği simüle edilmiş deniz suyu ile testler gerçekleştirilmiştir. Giriş gazı bileşiminin bu kontrolüne ve akış hızına ve banyo sıcaklığına gösterilen özene rağmen, sabit H2S seviyesini korumanın imkansız olduğu kanıtlandı. H2S konsantrasyonu genellikle yaklaşık 70 ila 200 ppm arasında tutuldu, ancak 50-280 ppm'den sapmalar yaşandı. H2S seviyesindeki benzer varyasyon, düşük H2S konsantrasyonları üzerinde çalışan diğer çalışanlar tarafından rapor edilmiştir.
Önceden çatlamış numuneler yukarıda tarif edildiği gibi hazırlandı ve bir süre boyunca sabit yük altında +25°C'de test aşındırıcısında üç noktalı bükülmede gerildi ve ardından artımlı yükleme yapıldı. 100 ppm H2S'nin etkisi bilinmediğinden, 7018 ve 8018-Cl kaynak metalinin ilk numuneleri 1200 saat boyunca statik yük altında maruz bırakıldı, bu NACE çekme testleri için gereken 720 saatten fazladır. Numuneler daha sonra katodik korumalı deniz suyu testlerinde 'eşiğe' yaklaşan bir değere kademeli olarak yüklendi ve inceleme için çıkarıldı. SCC'ye dair hiçbir kanıt bulunamadı. Daha sonraki testler, daha kısa maruz kalma süreleri ile gerçekleştirilmiştir.
Hidrojen Tayinleri
10x10x20mm'lik bloklar ana materyalden ve test kaynak metallerinden işlendi ve SCC numuneleri ile eşzamanlı olarak yukarıdaki test ortamına maruz bırakıldı. Her bir SCC koşuluna uygun maruz kalma sürelerini takiben çıkarıldılar ve sıvı nitrojen içinde saklandılar. Daha sonra bilyeli püskürtme ile temizlendi ve hidrojen seviyeleri belirlendi. İlki 21 gün boyunca 25°C'de cıva üzerinde toplanarak ve ikincisi sıcak vakum ekstraksiyonu ile dağılabilir ve kalıntı seviyeler elde edildi. Test ortamına maruz bırakılmayan kontrol numuneleri de bilyeli püskürtmeye tabi tutulmuş ve benzer hidrojen seviyeleri ölçülmüştür.
Metalografik İnceleme
Çeşitli test kaynaklarından enine kesitler hazırlandı ve optik mikroskop altında incelendi. Çatlamanın yerinin değerlendirilmesi için NACE numunelerinden enine ve boyuna kesitler alınmıştır. Temsili kırılma yüzleri, taramalı elektron mikroskobunda (SEM) incelendi.
Sonuçlar ve Tartışma
Bölüm 1'de, TG Gooch, nikel içermeyen ve nikel içeren elektrotlar ve nikel içermeyen ancak %1.6Mn. Burada tartışıldığı gibi, sonuçların en önemli özelliği, nikelin hidrojen kaynaklı SCC'ye duyarlılık üzerinde önemli bir olumsuz etkiye sahip olduğuna dair hiçbir belirti olmamasıydı.
Sonuçlar
SCC Testi
Deniz Suyu Çalışmaları
Eşik stres yoğunluğu değerleri, numune tarafından hatasız desteklenen en yüksek yükten türetilmiştir (yani genellikle sondan bir önceki artışa karşılık gelir), aşağı yuvarlanır. en yakın 50Nmm -3/2 . Yukarıda belirtildiği gibi, hiçbir numune tam bir kırılma göstermedi, sadece makinenin limit duraklarına kadar genel akma ve eğilme gösterdi. Bu tür eğilme, ya yük artışları arasında ya da artan yük uygulaması sırasında meydana geldi; çoğu durumda, bükülmenin meydana geldiği stres yoğunluğu, hava testlerinden elde edilen değerin altında olmuştur.
Yıkılma davranışından, yaklaşık 2000Nmm -3/2'nin altında uygulanan gerilim yoğunluğu değerlerinde herhangi bir çatlak uzaması belirtisi olmaması gerçeğiyle de belirtildiği gibi, tüm numunelerin SCC'ye yüksek direnç gösterdiği açıktı. 'Arızaya' neden olan stres yoğunluğu açısından, elde edilen sonuçlar 8018-C1 sarf malzemesinin 7018'den ve HAZ numunelerinden +20°C'de üstün olduğunu, ancak 'eşik' stres yoğunluğunun %1.6 için en yüksek olduğunu göstermektedir. Mn mevduat. +4°C'de, en yüksek SCC direncine sahip 7018 ile %1,6Mn tortusu en duyarlı göründü. Bununla birlikte, özellikle gözlemlenen makroskopik olarak sünek kırılma modu göz önünde bulundurulduğunda, farklılıkların pratikte büyük önem taşıması pek olası değildir. Gerilim yoğunluğu verilerinden, numune boyutlarının düzlem gerinim çatlak ucu koşullarını vermek için çok küçük olduğu anlaşılacaktır. Bu nedenle, uygulanan stres yoğunluğu seviyelerinin hesaplanması kesin olarak kabul edilmemelidir, ancak düzlem şekil değiştirme koşullarından bu tür bir sapmanın göreceli malzeme davranışının değerlendirmesini önemli ölçüde etkilemesinin olası olmadığı düşünülmektedir.
NACE Çalışmaları
Tüm numuneler kaynak bölgesinden uzakta ana malzemede kırılma göstermiştir. Kesit alma, ana malzemede ve HAZ'larda, HAZ'da bir miktar dallanma kaydedilmiş olmasına rağmen, ağırlıklı olarak 'hidrojen basınç çatlaması' (HPC) ile olduğu gibi inklüzyonlarla bağlantılı olarak çatlama meydana geldiğini ortaya çıkardı, özellikle füzyon sınırına yakın. Kaynak metalinde çatlama gözlenmedi. Ana malzeme için bir eşik geriliminin kesin olarak belirlenmemiş olmasına rağmen, ana malzeme akma geriliminin kesinlikle önemli ölçüde altında olduğu not edilecektir.
720 saatlik maksimum maruz kalma süresi içinde arızaya neden olan 'eşik' stres açısından, en yüksek duyarlılık 7018 sarf malzemesi tarafından gösterilmiştir, bununla birlikte hiçbir 8018-C 1 ve 1,6 % Mn sarf malzemeleri arasında önemli fark.
Düşük H2S Çalışmaları
Numune davranışı genel olarak yukarıda ele alınan düz deniz suyu araştırmalarındakine benzerdi ve tam kırılma yerine eğilme meydana geldi. H2S'nin 'eşik' stres yoğunluğu seviyesi üzerinde tutarlı bir etkisi yoktu, ancak SCC'nin daha büyük bir toplam çatlak derinliği bulunmasına rağmen, ancak yine de kırılmadaki stres yoğunluğu seviyeleri yüksekti. Üç durumda, HAZ'da çatlamanın geliştiği not edilecektir. Bir K hazırlığı 'sert' HAZ numunesi üzerinde tek bir test yapıldı.
Hidrojen Alma Davranışı
Katodik korumalı deniz suyunda toplama, tüm numuneler için hem +20°C'de hem de +4°C'de ihmal edilebilir düzeydeydi. 2650 saat sonra 7018 kaynak metali için 0.18 ml/l00g'lik bir yayılabilir hidrojen seviyesinin bulunmasına rağmen, bu esasen 100ppm H2S'li deniz suyunda da geçerliydi, bu da H2S'nin varlığının hidrojen alımını artırabileceğini düşündürmektedir.
Buna karşılık, NACE koşulları altında kayda değer hidrojen toplandı, ancak en hızlı girişin kaynak metali yerine ana malzeme ile bulunduğu belirtilecektir.
Genel olarak, alma oranındaki bazı farklılıklar açıktır, ancak sonuçlar nikelin hidrojen girişi açısından tutarlı bir olumsuz etkiye sahip olduğunu göstermez.
Metalografik Gözlemler
Biriktirildiği gibi, 8018-Cı sarf malzemesi, yeniden ısıtılan bölgelerde esasen eş eksenli ferritin gelişmesiyle birlikte, düşük seyreltme işlemlerinde bazı tane sınırı ferrit ve hizalanmış ikinci fazlı ferrit ile birlikte sivri uçlu ferritin önemli bir oranını verdi. Hem biriktirme sırasında hem de yeniden ısıtmayı takiben yüksek seyreltme kök işlemlerinde biraz daha kaba bir yapı belirgindi. Hem yüksek hem de düşük seyreltme bölgelerinde, 7018 elektrotları, sonuncusu 8018-C1'den biraz daha kaba olan, tane sınırı ferrit, hizalanmış ikinci faz içeren katmanlı ferrit, ferrit-karbür agrega ve sivri ferrit ile çok düzgün olmayan bir mikro yapı verdi. %1,6 Mn sarf malzemesi kullanılarak biriktirilen çalışmalar, her ne kadar ayrı birimler 8018-C1 kaynak metalinden daha uzun görünse de, yüksek sivri uçlu ferrit içeriği gösterdi. Yüksek seyreltme bölgeleri, 8018-C1 elektrotlarıyla elde edilenlerle karşılaştırılabilirdi.
HAZ mikroyapıları, martensitik ve daha yumuşak dönüşüm ürünlerinin beklenen aralığını gösterdi.
Görsel olarak değerlendirildiğinde, 'sert' ve 'yumuşak' kaynaklar arasında HAZ yapısında çok az fark olduğu görülmüştür.
Fraktografik inceleme, katodik korumalı numunelerde çatlak içinde tebeşirlenme gelişmesi ve H2S ortamına maruz kalan numunelerde korozyon nedeniyle engellenmiştir. Bu nedenle kırılma mekanizmasını açık bir şekilde belirlemek zordu. Bunun katodik olarak korunan numunelerde tanımlanabildiği durumlarda (burada, çatlak büyümesinin sadece sınırlı bir ölçüde gerçekleştiği not edilecektir), başarısızlık mikroboşluk birleşmesi (MVC) ile olmuştur. Ana malzeme NACE kırıkları 'HPC'nin kademeli morfoloji özelliğini sergilemesine rağmen, NACE ve düşük H2S koşulları altında kırılan numunelerde de durum böyle görünüyordu.
Tartışma
Kullanılan farklı çevresel koşullar altında gerçekleştirilen tüm testlerin göze çarpan özelliği, nikelin hidrojen kaynaklı SCC'ye duyarlılık üzerinde önemli bir olumsuz etkiye sahip olduğuna dair hiçbir belirti olmamasıdır. Bu, hem doğrudan SCC testleri hem de hidrojen toplama davranışı üzerine çalışmalar için geçerlidir. Yukarıda belirtildiği gibi, testler, kasıtlı olarak değişen ve aynı kaynak koşulları ve ana malzemeyi içeren unsurlar dışında, kontrollü ve sabit bileşimli sarf malzemeleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kaynak metali üzerindeki mevcut bulgular ile Snape'in sadece nikel içeriğinin değiştirildiği düşük alaşımlı ana çelik üzerindeki bulguları arasında doğrudan bir paralellik kurulabilir: her iki durumda da, elde edilen diğer sonuçlarla tutarlı olarak nikelin herhangi bir zararlı etkisi görülmez. Schmid ve Keller ve Cameron tarafından. Bu nedenle, en azından dikkate alınan nikel düzeyine kadar (c %2.2), H2S içeren ortamlar için kullanılan kaynak metalinden nikeli kendi başına ayırmak için hiçbir neden yok gibi görünmektedir.
Genel anlamda, nikelin varlığının tortu sertliğini ve mukavemetini ve dolayısıyla SCC riskini artırma eğiliminde olabileceği kabul edilecektir, ancak bu çalışmada, test edilen nikel içeren sarf malzemesinin akma mukavemetinin bunun üzerinde olduğu belirtilecektir. 7018 elektrotunun ve henüz nikelin hiçbir olumsuz etkisi tespit edilmedi. Bu nedenle, karbon-mangan tipi kaynak metalinde nikelin sertleştirme etkisi önemli olmayabilir, ancak belirli bir kaynağın düşük ısı girdisine ve buna bağlı olarak önemli ölçüde daha sert kaynak metali oluşumuyla birlikte yüksek soğutma hızına sahip olması durumunda özel bir değerlendirme gerekli olabilir. şu anda gözlemlenenden daha dönüştürülmüş mikro yapılar.
Çevrenin Etkisi
Deniz suyu çalışmaları ile karşılaştırıldığında NACE koşullarında gözlemlenen hazır arıza, H 2 S'nin çatlama riski üzerindeki olumsuz etkisini vurgulamaktadır. Bununla birlikte, hem önceden çatlamış numunelerin SCC testinden hem de hidrojen toplama oranı çalışmasından, Hudgins'den beri biraz dikkatli olmak gerekmesine rağmen, yaklaşık 100 ppm'lik H2S seviyelerinin kaynak metali SCC riski üzerinde yalnızca sınırlı bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. ve diğerleri, düşük H2S seviyelerinde kesin bir davranış değerlendirmesi elde etmek için aşırı uzun test sürelerinin (>lyr) gerekebileceğini belirtmişlerdir.
Şu anda, bir ortamın ekşi olarak kabul edilmesi gereken H2S aktivitesi ve SCC'den kaçınmak için sertlik kontrolünün gerekli olduğu konusunda tartışmalar vardır. Duyarlılığın H2S seviyesindeki azalma ile kademeli olarak azalacağı varsayılabilir ve mevcut sonuçlar, deniz hizmetinde bakteriyel etkiden kaynaklanan düşük H2S seviyelerinin gelişiminin, SCC riskini büyük ölçüde artırmasının muhtemel olmadığını gösterme konusunda cesaret vericidir. Bu sonuç, Kihara ve arkadaşlarının hem laboratuvar hem de tesis içi testleri içeren yapısal çelik kaynak metali üzerindeki çalışmasıyla tutarlıdır.
Malzeme Davranışı
Yapısal çeliklerin ve boru hattı çeliklerinin, hidrojen alımı ve inklüzyonlarda dahili hidrojen basıncının gelişmesi ile bağlantılı olarak çatlamalara maruz kalabileceği artık iyi bilinmektedir. Mevcut ana Grade 50D malzeme bu etkiyi sergiledi, bunun sonucunda NACE koşullarında çekme yükü altında kırılma, kaynak metali durumunda olduğundan çok daha düşük gerilmelerde meydana geldi. Bu, çoğu durumda, kaynak metali veya HAZ SCC duyarlılığından ziyade yapısal bütünlüğü sınırlayan ana malzeme özellikleri olacağı anlamına gelir ve bu açıkça kabul edilmelidir. Özellikle uygulanan bir stresin etkisi altında, hidrojen basıncı çatlaması ile hizmet arızası olasılığını tanımlamak için daha fazla çalışma gereklidir, ancak ekşi görevler için kaynaklı yapısal çelik imalatları kullanıldığında bu arıza mekanizması dikkate alınmalıdır.
Ayrıca, ana malzeme davranışından bağımsız olarak, kaynak metali yerine HAZ'de H2S varlığında çatlama için bir miktar eğilimin gözlemlendiği belirtilecektir. Enine kaynak NACE çekme testlerinde HAZ'da çatlama bulundu, ancak kaynak metalinde bulunmadı, 100ppm H2S ile test edilen bazı önceden çatlamış kaynak metali numunelerinde, çatlama HAZ'a saptı, daha yüksek sertlikte bölgelerde yayılım gösterdi. bitişik kaynak metali. 100ppm H 2 S ile test edilen önceden çatlamış HAZ numunesi de kaynak metali sonuçlarının altında bir eşik stres yoğunluğunu gösterir. Bu nedenle, HPC'ye dirençli bir ana çelik verildiğinde, HAZ SCC direnci, kaynak metali nikel içersin içermesin kaynak metalinden daha düşük olabilir.
Genel olarak, gözlemlenen numune arıza davranışı, gözlemlenen mikro yapılar ve sertlik seviyeleri dikkate alındığında beklenen ile tutarlıdır. İki nokta yapılabilir. İlk olarak, hem +20°C hem de +4°C'de deniz koşullarında SCC riski, esasen plastik kırılma davranışıyla gösterildiği gibi açıkça düşüktür ve ilgili sertlik seviyelerinde bu, yapısal çelik üzerinde yapılan diğer çalışmalarla tutarlıdır. Kaynaklar. İkincisi, SCC, H 2 S kaynaklı arızayı önlemek için yaygın olarak uygulanan Rockwell C22 (HV243) kriterinin altında sertlik seviyeleri ile NACE koşulları altında tüm kaynak metallerinde akma geriliminin altındaki gerilim seviyelerinde bulundu. Kaynak metalinin çatlamaya karşı yüksek bir duyarlılığa sahip olabileceği ve otomatik işlemler kullanılarak biriktirilen kaynak metalinin HB200 (HV205) ile sınırlı olabileceği kabul edilmektedir. Manüel metal ark kaynak metalleri bu gereklilikten muaftır, ancak bu ve diğer çalışmalara dayanarak bu muafiyet sorgulanmalıdır. Hem farklı işlemler kullanılarak biriktirilen kaynak metali türleri için sınırlayıcı sertlik seviyelerini tanımlamak hem de şiddetli NACE test koşulları altındaki arızanın aksine, verilen sertlik seviyesinde servis arızası riskini incelemek için daha fazla çalışmanın gerekli olduğu açıktır.
Sabit yük koşulları altında önceden çatlamış numunelerde zamana bağlı sünek yırtılmanın gerçekleşebileceği bilinmektedir. Havada, bu tür yırtılma, geleneksel bir yükselen yük tokluğu testinde bulunan maksimumun altındaki uygulanan yüklerde gelişir. Ancak, SCC'nin kapsamı (8 mm'ye kadar SCC yayılımı) 'eşik' seviyeleri tokluk verilerinin önemli ölçüde altında olduğu için tüm çatlamaların bu nedenden kaynaklanması olası değildir; kesinlikle SCC 'eşikleri' hava testlerinin %95'inden azdır, bu oran zamana bağlı çatlak büyümesi için pratik (mutlak olmasa da) bir sınır olarak önerilmiştir.
Özet ve Sonuçlar
Nikelin, yapısal ve boru hattı uygulamalarına uygun olarak biriktirilmiş ferritik çelik kaynak metallerinin SCC davranışı üzerindeki etkisini incelemek için çalışmalar yapılmıştır. Testler, nikel içermeyen (AWS E7018) ve nikel içeren (AWS E8018-C1) elektrotlar ve nikel içermeyen ancak %1.6 Mn ile alaşımlı elektrotlar üzerinde gerçekleştirilerek 8018-C1 tipine benzer mukavemet seviyeleri elde edilmiştir. Gerilme korozyon testi laboratuvarda katodik korumalı simüle deniz suyunda, H 2 S doymuş NACE koşullarında ve c ile simüle edilmiş deniz suyunda gerçekleştirilmiştir. 100ppm H 2 S. Ayrıca hidrojen alma davranışı da incelenmiştir. Şu sonuca varıldı:
Nikelin, en azından kaynak koşulları ve kullanılan nikel içeriği (%0-2.2 Ni) altında, stres korozyon davranışı üzerinde hiçbir etkisi bulunmadı.
Nikel, katodik korumalı simüle edilmiş deniz suyunda veya c içerdiğinde kaynak metali SCC direnci üzerinde önemli bir etkiye sahip değildi. 100ppm H 2 S. İkinci ortamda, tercihli HAZ çatlak ilerlemesi için bir miktar eğilim gözlemlendi.
Nikelin, NACE koşulları altında kaynak metali SCC direnci üzerinde olumsuz bir etkisi olmamıştır. Gözlemlenen en düşük eşik gerilimi, nikel içermeyen 7018 kaynak metali içindi. 4 NACE koşulları altında, kaynak metali çatlaması eşiğinin altındaki uygulanan gerilim seviyelerinde hidrojen basıncı çatlaması ile ana malzeme arızası not edildi. Bu nedenle, birçok durumda, kaynak metali davranışı, kaynak performansı üzerinde mutlaka sınırlayıcı olmayacaktır ve kaynaklı bir bağlantının tüm bölgelerinin test edilmesi esas olacaktır.
Çeşitli ortamlardaki hidrojen yakalama oranı, nikelden tutarlı bir şekilde etkilenmedi. NACE koşulları altında ana materyalde en yüksek toplama oranı bulundu.
