Kaynaklanabilir martensitik paslanmaz çelikler, CO
2'ye dayanıklı borular için dubleks paslanmaz çeliğe çekici bir alternatiftir. Bununla birlikte, martensitik kalitelerin ekşi ortama direnci sınırlıdır ve yerel sertleşme nedeniyle herhangi bir kaynaklı bağlantının davranışı tarafından kontrol edilmesi muhtemeldir. Beş farklı kaynaklanabilir martensitik paslanmaz çelik borudan çapraz kaynaklı numuneler üzerinde sülfür gerilme çatlaması testleri gerçekleştirilmiştir. Bir oluşum suyunu temsil eden oldukça yüksek klorürlü tuzlu suya maruz kaldığında, yüksek ve düşük Mo ve Ni seviyelerine sahip varyantlar için çatlamanın doğası üzerine gözlemler yapılmış ve H2S kısmi basıncı ve pH açısından sınırlar önerilmiştir.
1. Giriş
Son yıllarda, petrol ve gaz endüstrisi için CO2'ye dayanıklı, kolayca kaynaklanabilen boru ürünleri olarak, %10-13 aralığında krom içeriğine ve nikel ve molibden ilavelerine sahip düşük karbonlu martensitik paslanmaz çelikler geliştirilmiştir. Bu çelikler 'kaynaklanabilir %12/13Cr', 'kaynaklanabilir martensitik paslanmaz' veya 'süpermartensitik paslanmaz' çelikler olarak bilinir hale geldi ve şu anda bir dizi petrol ve gaz endüstrisinde kullanılmaktadır.
Bu çeliklerin tümü ağırlıklı olarak martensitiktir, bileşimi çok az delta ferrit verecek veya hiç vermeyecek şekilde ayarlanmıştır ve tavlanmış durumda tedarik edilir. Bu tür tavlama işlemleri, sertliği düşürmek için karbürleri çökeltir ve genellikle bir miktar kalıntı östenit oluşumunu teşvik eder. %11'e varan östenit içerikleri rapor edilmiştir. Bu tür ana çelik mikroyapıları, özellikle Mo ve Ni dahil edildiğinde, H 2S içeren ortamlarda sülfür stres çatlamasına (SSC) karşı faydalı bir dirence sahiptir, ancak genel olarak sertlik seviyeleri, bu çeliklerin SSC'ye karşı bağışık olduğu düşünülemeyecek şekildedir.
Bu düşük karbonlu martensitik paslanmaz çeliklerde kaynaklı bağlantılar yapıldığında, ön ısıtma veya PWHT gerekmeden iyi HAZ tokluğuna sahip sağlam bağlantılar yapılabilir, bu nedenle bu çelikler 'kaynaklanabilir' olarak tanımlanır. Ek olarak, füzyon sınırına bitişik olarak delta ferrite dönüşüm meydana gelir, öyle ki soğutma sırasında küçük bir miktar tutulabilir ve önemli tane büyümesi meydana gelebilir. Sonuç olarak, bir kaynak HAZ'ı, temperlenmiş ana malzemeden farklı mikro yapıya, sertliğe ve tokluğa sahip olacak ve SSC'ye daha duyarlı olması beklenecektir. Uzatılmış bir PWHT süresi kuşkusuz direnci artıracaktır, ancak genellikle boru hatlarının, özellikle açık denizin döşenmesi için pratik değildir, bu nedenle, bir üretim kaynak dizisine ekonomik olarak dahil edilebilecek kısa PWHT döngülerinin etkisine olan ilgi bu nedenledir.
2. Deneysel Program
70-90 ksi arasında değişen nominal mukavemet seviyelerine sahip, tamamı boru şeklinde beş çelik incelenmiştir. Bu çelikler aşağıdaki yaklaşık bileşimlere sahiptir: (i) %12Cr6.5%Ni2.5%Mo, (ii) %12Cr6%Ni2%Mo, (iii) %11Cr4%Ni1%Mo, (iv) %12 Cr3%Ni ve (v) %11Cr1.5%Ni. Çelikler (iii), (iv) ve (v) ayrıca küçük bakır ilavelerine sahipti. Kök paso için TIG veya MMA işlemleri ve dolgu pasoları için GTA, SMA veya FCA kullanılarak her çelikte çevre kaynakları üretildi. %12Cr %4Ni (AWS ER410NiMo), %22Cr duplex (AWS E2209), %25Cr superduplex (Zeron 100X) ve alaşım 625 (AWS E/ERNiCrMo-3) dahil olmak üzere bir dizi sarf malzemesi. Tüm kaynaklar, olası endüstriyel uygulamayı temsil etmek için dikey olarak yukarı (5G konumu) kaynak ile boru sabit ve yatay olarak yapıldı. Ön ısıtma kullanılmadı ve ısı girişi, söz konusu boruya ve sarf malzemesine bağlı olarak 0,5-1,5 kJ/mm aralığındaydı.
3. Sonuçlar ve Tartışma
Sonuçlar, çok çeşitli kaynaklanabilir martensitik paslanmaz çelik boru malzemelerinde kaynak bölgesinin SSC'ye karşı artan hassasiyetini vurgulamaktadır. Ana çelik için yayınlanmış verilerle karşılaştırma, yaklaşık %6 Ni ve %2 Mo ile çelik için kabul edilebilir H 2S seviyesinde kaynaktan sonra belirgin bir azalma olduğunu gösterir. Kaynaklı bağlantılar için SSC'ye karşı en yüksek direnç, en yüksek Ni ve Mo içeriğine sahip çeliklerde bulundu, ancak bunlar aynı zamanda daha düşük alaşım kalitelerinden daha yüksek HAZ sertliği verme eğilimindeydi.
Çoğu çatlama, yüksek sıcaklıkta süperkritik olarak yeniden ısıtılan HAZ bölgesinde meydana geldi, ancak ana çelikte, kaynak metalinde ve füzyon sınırında da bazı çatlaklar bulundu. Çoğu çatlama doğada taneler arasıydı, ancak 11Cr1.5Ni çelik numunelerinde bazı taneler arası çatlama alanları gözlendi. Taneler arası yol muhtemelen önceki ostenit tane yapısına göreydi. Ana malzemede çatlama sadece 11Cr4Ni1Mo çelikte 650°C'de 5 dakika süreyle PWHT'den sonra bulunurken, kaynak metali çatlaması yalnızca %12 Cr4Ni (ER 410NiMo) tortusunda bulundu, bu muhtemelen düşük Mo içeriğini (yaklaşık %0.5) yansıtıyordu. ). Fusionline çatlaması, boru veya sarf malzemesi tipinde belirli bir eğilim bulunmamasına rağmen, bu alanda çatlamaya karşı özel bir hassasiyet gösterebileceğinden daha büyük bir öneme sahip olabilir. Füzyon hattı yapısı, bileşimsel olarak aşırı uyumlu sarf malzemeleri kullanıldığında yüksek alaşımlı bir martensittir ve bu alanda hem PWHT'den önce hem de sonra yerel olarak yüksek mikrosertlik ölçülmüştür. Maksimum mikrosertlik, 12Cr6Ni2Mo çeliği için kaynaklı olarak 400HV0.05 ve PWHT'den sonra 370HV0.05 civarında ve 11Cr1.5Ni çelik için PWHT'den sonra kaynaklı olarak 420HV0.05 ve 330HV0.05 civarındaydı. Ayrıca, hemen bitişiğindeki füzyon hattı ve HAZ malzemesi, dubleks veya süper dubleks sarf malzemeleri kullanıldığında arayüz boyunca difüzyon nedeniyle nitrojen açısından zenginleştirilebilir. Ana çelik kasıtlı olarak düşük karbon ve nitrojen ile üretildiğinden, yerel nitrojen zenginleştirmesi önemli olabilir ve muhtemelen SSC direnci kaybıyla birlikte yerel olarak sertliği artırabilir. Sunulan verilerden, SSC direnci ile ilgili olarak kaynak sarf malzemesi tipinin özel bir tercihi belirlenemez. Bununla birlikte, SSC'ye karşı kaynak metali direncinin yeterli olması koşuluyla, eşleşen sarf malzemelerinin geliştirilmesine yönelik mevcut eğilim, (i) farklı sarf malzemeleri kullanıldığında füzyon sınır alanıyla ilgili potansiyel endişeler ve (ii) HAZ için PWHT gerekliyse, yüksek alaşımlı kaynak metalinde zararlı fazların çökeltilmesi.
Önerilen makale:
argon kaynağı nedir hakkında bilgi almak ve diğer metal işleme hizmetlerine ulaşmak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz.
İki çelikte, yani 12Cr6Ni2Mo ve 11Cr1.5Ni'de simüle edilmiş oluşum suyunda (%5 NaCl) SSC için sınırlayıcı koşullar elde etmek için çaba gösterildi. Bu, özellikle eski çelik için, örneklerin çoğunda tipik olarak 50-150µm derinliğinde çok kısa 'mikro çatlakların' gözlemlenmesiyle karmaşıktı. Bu çatlakların kaynağı belli değildi. Aynı çelikten, test ortamına maruz bırakılmamış yapay numunelerin bükülmesi, bir gerinim ölçer kaplaması ile ölçüldüğü üzere, gerçek uzama geriliminin %100'üne büküldüğünde küçük HAZ mikro çatlaklarının (<50µm derinlik) oluşabileceğini göstermiştir. Bir kaç milimetre karelik bir alan. Burada önerilen SSC için sınırlayıcı koşullar, >50µm derinliğindeki herhangi bir çatlağın SSC'nin bir sonucu olduğu varsayımına dayanmaktadır. Bununla birlikte, %2-2,5 Mo ve %6-6,5 Ni içeren çelik için, bu test serisinde yalnızca 0.016 bar H2S ile pH 3.2'ye maruz bırakıldıktan sonra >0.5mm derinliğe kadar çatlama gözlemlendiği belirtilebilir. . Süper dupleks veya alaşım 625 sarf malzemeleri ile kaynaklanmış 12Cr6Ni2Mo boru için veriler, kaynaklı durum için pH 5'te yaklaşık 0.035 bar ve pH 4'te 0.01 bar'dan düşük bir oluşum suyunda H 2S limitleri önerir. Yapılan tüm testlerde tüm numuneler çatladığından, kaynaklanmış durumdaki 11Cr1.5Ni çeliği için sınırlar belirlenmemiştir. Kısa PWHT'den sonra (650°C'de 5 dakika), 11Cr1.5Ni çelik çapraz kaynak numuneleri, 12Cr6Ni2Mo çeliğinden kaynaklı numunelere çok benzer sonuçlar verdi. Yapılan testlerde kısa PWHT'nin 12Cr6Ni2Mo çeliğinin SSC direnci üzerindeki etkisi küçüktü. 12Cr6Ni2Mo çeliği için çatlak derinlikleri, PWHT'den sonra tipik olarak daha azdı, ancak daha önce açıklanan kritere dayalı H 2S sınırları önemli ölçüde değişmedi. Bu, yaklaşık 12Cr6.5Ni2.5Mo çelik üzerinde daha önce yayınlanmış çalışma, 0.04 bar H 2S ile belirli bir pratik uygulama için benzer bir PWHT'nin faydalı bir etkisini gösterdiğinden, burada seçilen test koşullarını ve kullanılan kriteri yansıtabilir. Bununla birlikte, PWHT, oldukça yüksek Ac1 sıcaklığına sahip olacak ve dolayısıyla 12Cr6Ni2Mo sınıfının aksine PWHT sırasında yaklaşık 650°C'de östenitleşme eğiliminde olmayacak olan 11Cr1.5Ni sınıfı için SSC direnci üzerinde daha önemli bir etkiye sahip görünmektedir. Bu, sertlik değişimine yansır. 650°C'de PWHT, her durumda maksimum kök HAZ sertliğini düşük alaşımlı çelik için 90HV'ye kadar ve daha yüksek alaşım için 40HV'ye kadar azalttı.
4. Özet ve Sonuçlar
Sülfür stres çatlaması testleri, çeşitli sarf malzeme tipleriyle yapılan beş dereceli kaynaklanabilir martensitik paslanmaz çelikte çevre kaynaklarından alınan numuneler üzerinde simüle edilmiş oluşum sularında gerçekleştirilmiştir. 5 dakika süreyle 650°C'de kısa PWHT'nin etkisi incelendi.
Kaynak, kaynaklanabilir martensitik paslanmaz çelik boru malzemelerinin SSC direncini, boru ve kaynak metali bileşimine bağlı olarak HAZ, füzyon hattı ve bazen kaynak metalinde meydana gelen testlerde çatlama ile azaltmıştır.
En yüksek Mo ve Ni içeriğine sahip çelikler, özellikle kaynaklı durumda, kaynaklı bağlantılarda en yüksek SSC direncini göstermiştir.
%5 NaCl çözeltisinde, 25°C'de kaynaklı durumda 12Cr6Ni2Mo çeliği için 5 pH'da 0.035 bar ve pH 4'te 0.01 bar'lık yaklaşık sınırlayıcı H2S kısmi basınçları önerilir.
650°C'de 5 dakika boyunca PWHT'den sonra 11Cr1.5Ni çeliği için benzer H 2S limitleri bulundu, ancak kaynaklı durumda limitler daha düşüktü, incelenen en düşük H 2S seviyelerinde, yani 0.03 bar/pH'de çatlama not edildi. =5 ve 0.01bar/pH=4.
5 dakika süreyle 650°C'de kısa PWHT, 11Cr1.5Ni çeliği için SSC performansında belirgin bir iyileşme sağladı, ancak gerçekleştirilen testlerde 12Cr6Ni2Mo çeliği için çok daha az etkiye sahipti.
Kaynak kökü bozulmamış numuneler üzerinde eğilme testlerinden SSC direnci sınırlarını belirlemek, özellikle 12Cr6Ni2Mo çeliğinde, birkaç durumda kaynak ucunda yaklaşık 50-150µm derinliğinde mikro çatlakların oluşması nedeniyle zordu. Bükülen ancak test ortamına maruz kalmayan numunelerde 50 µm uzunluğa kadar benzer çatlaklar bulundu, bu nedenle SSC testlerinde küçük çatlakların kaynağı her zaman net değildi.
