همه چيز در مورد ورق هاي مقاوم به خوردگي HIC

بدضعیفمتوسطخوبعالی (4٫30 از 5)
Loading...


اگرچه نخستين شکست ناشي از کار در محيط هاي اسيدي در مخازن تحت فشار چندين دهه پيش گزارش شده است، همچنان براي بهبود بخشيدن به ايمني تأسيسات ادامه دارد. پديده خوردگي تنش سولفايدي(SSC) و ترک هيدروژني(HIC) به خوبي شناخته شده است.
در استانداردهاي متعددي(NACE TM 0248, EFC 16, NACE TM 0177) وجود دارند که به کاربرها براي انتخاب ورقهاي فولادي مناسب جهت کار در محيط هاي اسيدي کمک مي کند. اما وجود پديده (SOHIC) که اخيراً شناخته شده است همچنان مورد بحث و بررسي است. روشهايي که اخيراً براي تست حساسيت نسبت به (SOHIC) معرفي شده اند به علت نبود تجربه کافي هنوز کارايي لازم را ندارند. بسياري از مقاله هاي منتشر شده مانند روشهاي تست يا توصيه هايي که در استانداردهايي از قبيل ISO,NACE يا EFC آمده است با هم ادغام شده اند تا پاسخگوي نياز روز افزون شرکتهاي نفت و گاز باشند. بنابراين دستورالعملهاي متنوعي براي خريد ورقهاي مناسب براي کارکرد در محيط هاي اسيدي وجود دارد. با وجود اين تنوع ، توليدکنندگان فولاد ناچار به پيدا کردن روشهاي مناسب و آسان جهت توليد ورق با کيفيت بالا و مقاومت يکنواخت در برابر ترک خوردگي هيدروژني(HIC) مي باشند.

مکانيزم خوردگي

شرط اصلي، يک واکنش خوردگي مي باشد که باعث ايجاد يک منبع اتمي در يک محيط مرطوب و اسيدي شده و منجر به جذب هيدروژن به وسيله ورق مي گردد در اين بين حضور H2S به عنوان کاتاليزور الزامي است. هيدروژن جذب شده به درون عيوب موجود در فلز رخنه مي کند تا اينکه به شکل H2آزاد مي گردد. اين منجر به فشارهاي زياد مي گردد که در نهايت باعث ايجاد ترک در شبکه (Lattice) فولاد که در اثر جذب هيدروژن ترد شده است مي گردد. اصول فرآيند تخريب به طور شماتيک در شکل 1 نشان داده شده است. در اين شرايط نمونه هاي متنوع اي از مکانيزم هاي تخريب را مي توان يافت.
ساده ترين و قابل فهم ترين مورد خوردگي(HIC) مي باشد که هيچ تنش خارجي براي تخريب نياز نيست. ترک هاي اين نمونه مسطح بوده و گاهي به تدريج آشکار مي شوند. آنها اغلب در صفحه مياني ورق در راستاي ضخامت قرار مي گيرند. طبله شدن(Blistering) در اثر هيدروژن يک نوع خاص از خوردگي (HIC) است که در اثر نزديکي ترک ها به سطح فلز ايجاد مي شود.
مرحله دوم حمله خوردگي ترکيب شده با تنش است که به عنوان ترک خوردگي تنش سولفايدي شناخته مي شود(SSC) . اغلب انتظار مي رود (SSC) در مناطق سخت شده در اثر حرارت (HAZ) در مجاورت جوشها به وجود آيد. در سالهاي اخير مکانيزم خوردگي ديگري تحت بررسي بود که به عنوان ترکيبSSC, HIC شناخته شده است. اين پديده با نام ترک هيدروژني تحت تنش(SOHIC) شناخته مي شود.

تست HIC
نمونه هاي بريده شده از ورق جهت آزمايش مطابق روش تست در معرض محلول آبي خورنده اشباع H2S قرار مي گيرد. بعد از قرار گرفتن در معرض اين محلول هر نمونه در سه مقطع بريده مي شود. سپس جهت تعيين تعداد ترکها مورد بررسي قرار مي گيرند(شکل 2)مرسوم ترين استاندارد براي ارزيابي حساسيت (HIC) استاندارد (NACE TM 0248, 2003) مي باشد.

تست SSC

استاندارد (NACE TM 0177)مبين تست آزمايشگاهي فلزات براي تعيين مقاومت در مقابل نمونه هاي خاصي از ترک هاي محيطي در محيط هاي گاز ترش H2S است که در سال 1977 تدوين گرديد و در حال حاضر آخرين ويرايش آن مربوط به سال 1996 مي باشد. چهار روش تست براي تست SSC در اين استاندارد شرح داده شده است: تست کشـش Tensile Test))، تست تير خـميده (Bent-Beam Test) ، تست حلقه(C-Ring Test)C و تست تيريک سرگيردار. (double-cantilever-beam test). مدت زمان تست 720 ساعت بوده و گزارش آن شامل ميزان تنش اعمال شده، زمان شکست، ميزان حداکثر تنش بدون شکست بعد از سپري کردن زمان تست مي باشد.
خواص مقاومت به شرايط SSC يا HIC براي مواد نرماليزه Normalized)) تنها در صورتي قابل حصول است که اين مواد از طريق فرآيند مشخصي توليد شده و عمليات حرارتي پس از جوشکاري (PWHT) لازم بر روي آن انجام شده باشد.
علاوه بر اين متريال نرماليزه بايد عاري از عناصر ميکرو آلياژي که موجب ايجاد عدم موفقيت در انجام تست SSC مي شود نيز باشد.

تست SOHIC
ترک نوع SOHIC پديده نسبتاً جديدي در زمينه خوردگي ناشي از گاز اسيدي مي باشد. مستندات پراکنده اي از لوله هاي با جوش مارپيچ و مخازن تحت فشاري که به اندازه کافي عمليات حرارتي (PWHT) بر روي آنها انجام نشده گردآوري شده است. اين ترک ها به صورت ترکيبي از ترکهاي عمودي(نوع SSC) و ترک هاي موازي (نوع HIC)نسبت به سطح ورق در منطقه اي با ميدان تنش چند بعدي ظاهر مي شود. اين ميدانها معمولاً در ناحيه شکاف هاي (Notch) نزديک به جوشهايي که PWHT به صورت مناسب انجام نشده است يا اينکه اصلاٌ انجام نشده ظاهر مي شوند.
نخستين مشخصات فني براي تست SOHIC در استاندارد جديد NACE TM 0103-2003 ارائه شده است. بر اين اساس يک تست به صورت جفت تير شکاف دار با چهار خم تعريف شده است. يک ناحيه از ترک هاي نوع SOHIC مشخصاً در مجاورت شکاف مي تواند ايجاد شود. ميزان تنش در زير عيوب به خاطر شکل هندسي شکاف زياد است و اين مي تواند بدان علت باشد که تنش مجازي ايجاد شده در آزمايش نسبت به تنشهايي که به طور واقع در مخازن تحت فشار وجود دارد زياد است. بنابراين نوع ترکهاي ايجاد شده بسته به نيروي وارد شده تغيير خواهد کرد. در نزديکي عيوب، ترک هاي عمودي پيوسته(CCL) از نوع SSC ظاهر مي شوند. با کم شدن نيروها و ترکهاي موازي غير پيوسته(DCL) از نوع HIC آشکار مي شود. نواحي ترک ها به وسيله طول کلي (TCL) مشخص مي شود. متأسفانه هنوز، نه معيار پذيرش مناسب براي طول ترک پيوسته(CCL) ، طول ترک ناپيوسته (DCL) و طول کلي ترک (TCL) گزارش شده است نه براي نيروي مورد نياز تست. بنابراين کاربردهاي عملي روش تست کماکان تحت بررسي است.
امروزه تحقيقات متعددي در اين زمينه در شرکت هاي معتبر ساخت ورقهاي فولادي در حال انجام است. از اين نمونه مي توان از شرکتDillinger و ورق نوع DICREST آن که ذاتاً در مقابل HIC مقاوم است.
جهت بررسي دقيق تر پديده خوردگي موارد زير بايد مورد توجه قرارگيرند. شکاف توضيح داده شده در NACE TM 0103-2003 يک ناحيه تنش بسيار مخرب را ايجاد مي کند. بر اساس اين روش تست، به نظر مي رسد متريال مقاوم به SOHIC نمي تواند به وسيله فولاد نرماليزه با نتايج قابل قبول توليد و ارائه شود. مواد Q+T يا TMCP شده ممکن است اين قابليت را بدست آورند.

ريخته گري و ساخت فولاد

فرآيندهاي مختلف به کاربرده شده در کارخانه توليد فولاد در شکل 4 نمايش داده شده است. بعد از عمليات به حداقل رساندن ميزان سولفور زدايي اوليه، فرآيندهاي کربن زدايي، نيتروژن زدايي و نيز فسفر زدايي در تبديل کننده (Convertor) صورت مي گيرد. سپس تنظيم ترکيب شيميايي در پاتيل(Ladle) انجام مي شود. در گام اول-دماي مواد در حاليکه از تبديل کننده به پاتيل انتقال مي يابد طوري تنظيم مي شود که تقريباً براي عمليات ريخته گري که متعاقباً انجام خواهد شد، مناسب باشد.
تنظيم دقيق آناليز شيميايي تحت خلاء متعاقباً انجام مي گيرد. عمليات جداسازي نيتروژن، هيدروژن و سولفور نيز در خلاء انجام مي شود. مقدار خيلي کم سولفور، کمتر از 10 ppm ، اجازه مي دهد که حتي با حضور کلسيم در حد بسيار کم بين 10-40 ppm شکل سولفايدهاي باقيمانده قابل کنترل باشد. قوانين گذشته در ارتباط با Ca/S براي فلزات با محتواي سولفور کمتر از 10 ppm صحيح نمي باشد. نحوه انجام ريخته گري از عوامل موثر در کيفيت ورق توليد شده مي باشد. جذب اکسيژن و نيتروژن بعد از خروج مواد در پاتيل موجب افزايش نا خالصيهاي غير فلزي مي شود و بايد از آن اجتناب کرد. همچنين بايد از جدايش جلوگيري کرد. نوع ماشين ريخته گري به شدت بر توزيع نا خالصي در شمش (Slab) تأثير مي گذارد. ماشين هاي ريخته گري(Caster) پيوسته عمودي بهترين توزيع يکنواخت ناخالصي هاي غير فلزي را بدست مي دهند که براي مقاومت در برابر HIC ضروري است.
در ماشين ريخته گري عمودي بدنه ريخته شده تنها پس از انجماد کامل خم خواهد شد. اين موضوع ناخالصيهاي غير فلزي در فلز مايع(اغلب اکسيدها) را به سطح هدايت مي نمايد در واقع اين نا خالصي ها در خط انجماد تقريباً در ناحي? يک چهارم ضخامت شمش جمع مي شواند. انحراف ؟؟خط مرکزي و حفره هاي ناشي از انقباض(عيوب ريخته گري) بايد با تنظيم کردن دقيق غلطک هاي تکيه گاه بدنه ريخته گري شده به حداقل برسد. روش شمش ريزي پيچيده اي نيز براي توليد ورقهاي با ضخامت بالا جهت ايجاد مقاومت نسبت به HIC مورد استفاده قرار مي گيرد.

فرآيند ساخت ورق

تنها شمش ها با کيفيت بالا که روش خاص توليد مي شوند براي توليد ورقهاي مقاوم به HIC استفاده مي شوند. اگر يکي از پارامترهاي توليد به طور مناسب تنظيم نشود آنچه که خرابيهاي ريخته گري (Casting incidents) ناميده مي شود و موجب نا همگني در شمش مي گردد ممکن است اتفاق افتد. در هنگام کنترل کيفيت ورق صورت مشاهده اين عيوب بايد از بکارگيري آنها جلوگيري به عمل آيد. بعد از پيش گرم شدن در کوره شمش ها تا حد 1100-1280?C به شکل ورق نورد مي شوند. در واقع پروسه نورد با درصد تغيير شکل بالايي با اعمال نيروهاي زياد فرم دهي صورت مي پذيرد. بعد از خارج هيدروژن از ورق، مرحله نهايي در کارخانه توليد ورق در عمليات نرمالايز کردن مي باشد. با اينحال مقاوم کردن کامل ورق در برابر HIC تنها بعد از عمليات تنش زدايي حاصل مي شود. لازم به ذکر است عمليات تنش زدايي معمولاً در کارگاه ساخت بعد از جوشکاري مي بايست صورت پذيرد.
تست هايي براي نشان دادن اثرات روش هاي توليد خاص بر روي خواص HIC انجام شده است. ميزان مقاومت به HIC در ورقهايي که به طور کامل بر اساس روش DICREST توليد شده اند با مقاومت ورقهاي Pseudo-HIC که تنها با بکارگيري بعضي از الزامات روش DICREST نظير سولفورکم، عمليات کلسيم (Ca-Treatment) ، فرآيند خلاء توليد مي گردند مقايسه شده است.
ورقهاي Pseudo-HICبا احتمال تقريبي 37% داراي مقادير CLR کمتر از 2% مي باشند در حاليکه ورقهايي که در هنگام توليد به طور کامل مطابق با روش توليد خاص ساخته شده اند تقريباً در 88% موارد، مقادير CLR کمتر از 2% را دارا مي باشند.

پيشنهادات سازنده فولاد

بازار تقاضا براي ورقهاي مقاوم در برابر HIC بسيار پيچيده است، چرا که اکثر شرکتهاي نفت و گاز و نيز شرکتهاي مهندسي بزرگ براي ورقهاي مقاوم به HIC ، مشخصات فني مخصوص به خود را دارند. همچنين اغلب محدوديتهايي براي پارامترهاي مختلف توليد در اين مشخصات فني وجود دارد. الزام تحت کنترل بودن پارامترهاي توليد مانند سولفور، فسفر، نسبت کلسيم به سولفور، خواص Z-35 و غيره مشکلاتي را ايجاد مي کند به طوريکه آزادي عمل توليدکنندگان فولاد را در بهينه کردن طراحي فولاد بر اساس تجربه محدود مي سازد. براي مثال، زماني که از فولادسازان نسبت Ca/S خاصي درخواست مي شود که در عمل آن نسبت به دست نمي آيد در نتيجه طرفين معامله براي رفع مغايرت شروع به مذاکره مي کنند که اغلب زمان زيادي صرف مي شود. به جاي اينکه با چنين توصيه هايي در کار سازنده اخلال ايجاد شود، بهتر است که به توليدکنندگان اين آزادي عمل داده شود که به هر روشي که مي توانند ورق با سطح مقاومت HIC مورد درخواست را توليد کنند.
سازندگان ورق بايد ورقهاي مقاوم در برابر گاز اسيدي را با روش خاصي توليد کنند، تنها پس از آن مقاومت يکنواخت در برابرHIC در کل ورق تضمين مي شود. سازنده ميزان مقاومت به HIC استاندارد شده همچنين راه حل هاي ويژه را عرضه مي کند. بعد از گذشت سالها دسترسي به خواص مربوط به ورق هاي فولادي که در محيط هاي اسيدي در صنعت مخازن تحت فشار کار مي کنند هنوز يک هدف بوده وتحقيقات بيشتر جهت تلاش در بهبود بخشيدن به کيفيت ورقها ادامه خواهد داشت. وجود ارتباط دائم بين استفاده کنندگان، نويسندگان مشخصات فني و توليد کنندگان فولاد در اين راستا مي تواند از اهميت خاصي برخوردار مي باشد.

کلمات جستجو شده: تحقیق در مورد ورق های فلزی, تحقیق درباره ی ورق های فلزی, تحقیق در مورد استاندارد ورق های فلزی, تحقیق در مورد ورق فلزی, تحقیق درمورد ورق های فلزی

نوشته های مرتبط

یک نظر برای همه چيز در مورد ورق هاي مقاوم به خوردگي HIC

  1. parastoo
    مهر ۲۰, ۱۳۹۳

    kheili mamnoon..besyar ali bood..bazam mer30

    بالاترین رتبه. شما هم رتبه بدهید: Thumb up 11 Thumb down 9

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *