چکیده

در این پژوهش تاثیر مقدار هیدروژن نفوذ پذیر و ریزساختار بر حساسـیت بـه خـوردگی هیـدروژنی القـا شـده ( Hydrogen Induced (Cracking در فولاد خط لوله X70 حاوي مقادیر عناصر میکرو آلیاژ و با اندازه دانه هاي مختلف در محیط حاوي H2S مورد مطالعه قرار گرفت. از عملیات هاي حرارتی نرماله کردن در دما و زمانهاي مختلف براي تغییر در ریزسـاختار اسـتفاده گردیـد. روي نمونـه هـا تسـت خوردگی HIC انجام شد و میزان هیدروژن نفوذپذیر نیز مورد سنجش قرار گرفت. تحلیل نمونه هاي تست HIC نشـان داد کـه در نمونـه هاي مرجع، نمونه ۱ و نمونه ۳ ترك ایجاد شد. مقدار هیدروژن نفوذ پذیر براي نمونه ۱، ۳/۲ و براي نمونه ۳، در حـدود ۴/۸ و در نمونـه مرجع، ۳/۶ ppm بدست آمد. در نمونه هاي ترك دار شده میزان نفوذ هیدروژن به نسبت بیشتر بود که می تواند ناشی از ریزسـاختار آن و اندازه دانه کوچکتر در آنها باشد. ریز ساختار دانه ریز باعث به دام افتادن بیشتر هیدروژن می گردد که باعث می شود فولاد بیشتر نسبت به خوردگی HIC حساس شود. بطور کلی، بینیت کمتر می تواند استحکام بالاتر از فریت سوزنی داشته باشد و نشان می دهد که می تواند حساسیت کمتر در برابر شکنندگی هیدروژنی در مقایسه با مارتنزیت کوئنچ و تمپر داشته باشد.

واژه هاي کلیدي: ترك خوردگی هیدروژنی- هیدروژن نفوذ پذیر- فولاد خط لوله.

-۱ اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، دانشکده مهندسی،گروه مهندسی مواد rezarad31@gmail.com -2 آبادان، دانشگاه صنعت نفت آبادان drfarzam@gmail.com

-۳ اهواز، دانشگاه شهید چمران، دانشکده مهندسی b.lotfi@yahoo.com

HS- → H+ + S2-
(3)
2H+ + 2e- → ۲H(atomic hydrogen) → H2 (g)

-۱مقدمه

فولاد هاي خط لوله براي انتقال گاز طبیعی استفاده می شوند و زیر زمین دفن می شوند و بیشتر شرایط محیطی سـخت و تحت فشار بالاي گاز مورد استفاده قرار می گیرند. هیدروژن را از خوردگی هاي موضعی و حفاظـت کاتـدي جـذب مـی کن نـد. واکنش تولید هیدروژن یک واکنش کاتدي است. واکنش هاي کاتدي الکترون مصرف می کنند. وقتی کـه هیـدروژن بـه مقـدار کافی در فولاد تغلیظ شود، چقرمگی و استحکام فولاد کاهش می یابد، اما اثر سختی افزایش مـی یابـد. .[۱] بهبـود در خـواص مکانیکی، به عوامل زیادي بستگی دارد، که بعضی از آنها عبارتند از : ریز شدن دانه هاي فریت با تشکیل ساختار زیـر هیـدروژن در شبکه فولادهاي خط لوله وارد می شود و باعث ترك تنشی القا شده می شود. بنابراین کنترل ترك تنشی القـایی هیـدروژنی در نگهداري بی نقص ساختار لوله هاي نفت و گاز زیر سطح ریسک قابل پذیرش خیلی مهم است. بنابراین باید توجـه ویـژه اي براي پرداختن به نقش هیدروژن یا تردي هیدروژنی در ایمنی و قابلیت اطمینان خط لوله نشان داد.

دویا چند میکرومکانیزم براي تردي هیدروژنی در فلزات مطرح شده است. یکی، مدل افـزایش شـکل پـذیري محلـی هیـدروژن HELP است که در سال ۱۹۹۰ معرفی شده بود و بعدها مورد توجه قرار گرفت. HELP ، مشخصه هیـدروژن اتمـی اسـت، کـه افزایش تحرك پذیري نابجایی ها، از طریق اثر محافظ الاستیکی را بیان می کند و باعث می شـود بـه طـور موضـعی اسـتحکام برشی کاهش یابد. در فرایند شکست HELP، ترك خوردگی توسط بهم آمیختگی میکـرو حفـره هـا در بـین صـفحات لغزشـی کریستالوگرافی ترجیح داده شده، است و بطور زیادي فرایند شکست پلاستیکی موضعی بیشتر از شکسـت تـرد اسـت. مکـانیزم دیگر، افزایش درهم آمیختگی القا شده هیدروژن HEDE است. که در سال ۱۹۶۰ معرفی شد.HEDE ، به فرضیه پیونـد اتمـی در جلوي نوك ترك می پردازد. این فرضیه می گوید، نوك ترك توسط انبساط شبکه اتمـی در طـی وجـود هیـدروژن محلـول جامد ضعیف می شود و انرژي شکست کاسته می شود. این شکست ناپیوسته در فاصله اي رو به جلـو نـوك تـرك، جـایی کـه حداکثر تنش هیدرواستاتیکی وجود دارد، شروع می شود. سطح شکست با ناپیوستگی در صفحه رخ برگـی (۱۰۰) در سیسـتم شبکه bcc مشخص می شود. در محور بارگذاري عمودي، وقتی که هیدروژن به شبکه فولادهاي خط لوله وارد می شود، نمودار ارزیابی شکست، در بارگذاري شکست خط لوله، در سمتی که هیدروژن کاهش پیدا می کند، تغییر جهت پیدا می کند.[۲۰]

و یکی از مشکلات عمده براي فولادهاي خط لوله اي است، که در محیط اسـیدي بکـار بـرده مـی شـوندHIC .[5-4] توسـط فرایند سولفید خوردگی بر روي سطح فولاد در حضور سولفید هیدروژن در محلول تعریف می شود. رایـج تـرین واکـنش هـاي خوردگی فولاد، در معرض گاز ترش عبارتند از :