بخشی از مقاله
چکیده
فولاد Grade BوAPI 5L X52 از جمله پرمصرفترین فولادها در صنعت نفت و گاز به شمار میآیند. از اینرو همواره معضل تردی هیدروژنی و خوردگی تنشی سولفیدی در این نوع از فولادها از اهمیت ویژه ای دارد. در این مقاله یافته ها از بررسی میزان خوردگی هیدروژنی و ترک SCC در محیط حاوی H2S - گاز ترش - آورده شدهاند. آزمایشها بر روی لوله بیدرزGrade B وAPI5LX 52 صورت گرفته اندکه با استفاده از عملیات حرارتی کوئنچ ریزساختار آن تغییریافته است. روش اجرایی آزمون خوردگیتنشی و ترک القایی هیدروژنی طبق استانداردهایNACETM01-77 و NACE TM 0284 2003 بوده است. سپس با آزمون های متالوگرافی و خواص مکانیکی نمونهها قبل و بعد از عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفتند . همچنین با استفاده از آزمونهای پلاریزاسیون - روش پتانسیودینامیک - و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی - EIS - میزان خوردگی فولادهای فوق بررسی شدند. طبق شواهد وآزمونهای انجام شده و با توجه به بررسیهای صورت گرفته مشخص شد که مقاومت به خوردگی فولاد Grade B نسبت به فولاد API 5L X52 بیشتر است. بررسی سطوح شکت" تست ضربه" نشان از تردی میدهد. در آزمون HIC که طبق استاندارد NACE TM 0284 - 2003 انجام شد هیچگونه ترکی رویت نگردید.
مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از میکروآلیاژها در فولاد کربنی ساده با درصد کمی کربن 0/15 - درصد وزنی - به همراه عناصر تشکیل دهنده کاربید و نیترید نظیرNb، TiوV باعث بهبود خواص مکانیکی شده است. با اضافه نمودن مقادیر کمی Nb، TiوV و با کنترل عملیات نورد، فولادی بدست میآید که تنش تسلیم آن بین 50- 80 ksi است و چقرمگی خوبی دارد که در بیشتر شرایط محیطی سخت و تحت فشارهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد[1] که به آن HSLA - High Strength Low Alloy - گویند. نیوبیم باعث کنترل اندازه دانه می شود، وانادیم باعث تشکیل رسوب شده وتیتانیم باعث کنترل رشد دانه میشود. بهبود خواص مکانیکی به عوامل زیادی بستگی دارد: - 1 - ریزشدن دانههای فریت با تشکیل ساختار زیردانه های ریز، - 2 - رسوب کاربیدها و نیتریدهای عناصر کاربیدزا و نیتریدزای قوی در اثر کرنش و - 3 - رسوب سختی فریت. فولاد های میکرو آلیاژی با ریز شدن دانهها و زیر دانه ها مستحکم تر میشوند. اندازه دانه تنها یکی از عوامل افزایش استحکام فولادهای میکرو آلیاژی است. هدف از عملیاتهای مکانیکی حرارتی - ترمومکانیکال - رسیدن به خواص و مشخصات مکانیکی لازم برای کاربرد در صنایع نفت و گاز است. برای مثال فولادهای استحکام بالایی همانندAPI 5L X52وGrade B معمولاً برای کاربردهای خطوط لوله انتقال گاز با فشار بالا در دنیا مطرح هستند. برای بهرهبرداری در فشار بالای گاز، فولاد خط لوله نه فقط باید استحکام بالایی داشته باشد، بلکه باید مقاومت به خوردگی بالایی نیز داشته باشند.[2] فولادهای میکروآلیاژی استحکام بالا کاربرد زیادی در ساخت تجهیزاتی که به نوعی در تماس با هیدروژن هستند: نظیر رآکتورهای عملیات هیدروژنی، مخازن ذخیره سولفید هیدروژن، خطوط انتقال نفت و گاز و... دارند. انواع خسارات هیدروژنی همانند ترک خوردگی تنشی در محیطهای حاوی H2S، تاول هیدروژنی و حملات هیدروژنی و شکستهای ناشی از آن: سالیانه خسارات زیادی را بر صنایع تحمیل میکند. از دیدگاه مهندسی وجه مشترک تمامی این پدیده ها افت خواص مکانیکی قطعات، تجهیزات و سازهها در حین سرویس است. در این میان پی بردن به مشخصات مقاومت به خوردگی نیز لازم و ضروری است. پی بردن به مکانیسم رشد ترک و طول عمر باقیمانده فلزات برای رسیدن به آنالیز رفتار رشد ترک در خوردگی تنشی مهم است. خوردگی تنشی1 یکی از تهدیدهای اساسی برای عملیات خطوط لوله میباشد. شناسایی مدلها و تئوریهای توسعهیافته برای نشان دادن شروع و پیشرفت ترکهای خوردگی تنشی در API 5L X52 و Grade B مهم میباشد.[3] فولادهای API 5L X52 و Grade B در ساخت خطوط انتقال نفت و گاز ترش - - H2S سهم بسزایی دارند و معضل خسارات هیدروژنی برای این فولاد همواره مطرح است. طبق گزارش" کمیسیون ملی انرژی آمریکا تأثیر شرایط عملیات ... "خوردگی تنشی در خطوط لوله اولین بار در دهه 60 میلادی در منطقه ناچیتوچس لوزیانا گزارش شد. بر این اساس % 1/5 از کل حوادث خطوط لوله آمریکا و %17 در کانادا به خوردگی تنشی اختصاص دارد. براساس گزارش این کمیته در سال 2003 در آمریکا، حوادث لولههای انتقال مایعات نسبت به لولههای انتقال گاز کمتر بوده است. در سال 2002 میلادی ASME B31.8S با انتشار مقالهای با عنوان "مدیریت خط لوله انتقال گاز"، بهطور رسمی به میدان مبارزه با خوردگی تنشی ورود نمود.[4] از حوادث اتفاق افتاده در ایران که بر اثر خوردگی تنشی بوده است میتوان به نمونههایی چند اشاره کرد: انفجار خط لوله انتقال گاز طبیعی نظرآباد در 65 کیلومتری جاده تهران قزوین 16 - و17 آبان - 1365 که فقط 2 سال بعد از بهرهبرداری اتفاق افتاد. انفجار و آتش سوزی در کیلومتر 7 خط لوله 40 اینچ اهواز بید بلند 27 - بهمن 1364 - ، انفجار در کیلومتر 9 خط لوله 40 اینچ اهواز بید بلند 12 - شهریور - 1373، منفجر شدن خط لوله 36 اینچ مارون بیدبلند در 29 کیلومتری پالایشگاه گاز بیدبلند 11 - دیماه - 1376 .[4] در یک تعریف کلی ترکخوردگی تنشی در محیطهای حاوی H2S عبارت استاز ایجاد و اشاعه ترک و افت خواص مکانیکی - چون: ازدیاد طول، چقرمگی و - … در اثر ورود هیدروژن به داخل ساختار. ترکخوردگی تنشی و ایجاد و رشد آن، ناشی از همافزایی تنش مکانیکی و واکنش های خوردگی است.[5] با توجه به اینکه سختترین شرایط اعمالشده نتوانست موجب ایجاد ترک HIC شود. هیدروژن اتمی اگر در فلز نفوذ و به تله افتد میتواند باعث تردی گردد در نتیجه با توجه به وجود محیط اشباع شده از H2S به هنگام آزمون SSCC میتوان پذیرفت که هیدروژن در فولاد موجود است.
آزمونها
نمونههای فولادی مورد استفاده در این پژوهش ساختهشده توسط گروه ملی صنعتی فولاد ایران از جنس API 5L X52 و Grade B میباشند. آزمونهای مورد استفاده در این پروژه شامل آزمون کوانتومتری، متالوگرافی با میکروسکوپ نوری، خواص مکانیکی - کشش و ضربه - و خوردگی - خوردگی تنشی سولفیدی و ترک القایی هیدروژنی - و عملیات حرارتی کوئنچ می باشد. در تحلیلها از میکروسکوپ SEM نیز استفاده شد. بررسی رفتار خوردگی و میزان نرخ خوردگی نیز با استفاده از آزمونهای امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون دینامیکی انجام گردید.برای ایجاد تغییر در ساختار میکروسکوپی - با مشاوره با گروه ملی صنعتی فولاد ایران - از عملیات حرارتی کوئنچ کردن توسط کوره عملیات حرارتی شرکت پارسوماش اهواز استفاده شد. در این مرحله نمونههای شماره 5 و2 به نمایندگی از پنج نمونه موجود در کوره قرار گرفتند. عملیات حرارتی انجامشده شامل مراحل زیر است:
