Всё для надежной сварки
Печатная версия материала с сайта svarkainfo.ru - портала о сварке. При использовании материалов с сайта, пожалуйста, всегда указывайте источник или гиперссылку.
показать меню

Главная / Библиотека / Наш блог (статьи) / октябрь 2011

2011

ноябрь

октябрь

сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2010

декабрь ноябрь октябрь август июль июнь май апрель март январь
 

2009

декабрь ноябрь сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2008

декабрь ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май апрель март февраль январь
 

2007

ноябрь октябрь сентябрь август июль июнь май
 
RSS пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
Главная / Библиотека / Наш блог (статьи) / октябрь 2011

Наш блог (статьи)

Коррозийное растрескивание под напряжением углеродистой стали в этаноле

26 октября 2011

Коррозийное растрескивание под напряжением (КРН) углеродистой стали в этаноле является проблемой, возникшей в 21 веке, в связи с увеличением объемов использования этанола в нефтяной промышленности. КРН вокруг сварных швов было обнаружено на трубопроводе, по которому подавался этанол, а также на резервуарах для хранения этанола. Вызванное этанолом КРН в основном возникает в области сварного шва в зоне термического влияния и уходит на глубину в 2.5 см. Исследования КРН в этаноле проходят с 1980х годов, однако большее число лабораторных исследований было проведено с конца 90 годов 20 века. При лабораторных исследованиях, основным видом повреждений, характера растрескивания, углеродистой стали при проведении испытаний при малой скорости деформации в среде этанола явилось транскристаллическое КРН, в то время как в процессе эксплуатации структура трещин носила межкристаллический характер. Возможно, основной причиной транскристаллического характера КРН при лабораторных испытаниях, стало проведение исследований техникой медленного развития трещин, которая в свою очередь является причиной возникновения транскристаллических трещин.

Примеси в этаноле могут влиять на восприимчивость материала в КРН. Исследования показали, что кислород и хлорид имеют наибольшее воздействие, а вода и метанол – наименьшее, но воздействие воды остается до конца не изученным. Также PHe этанола влияет на восприимчивость материала к КРН.

Кислород в этаноле приводит к КРН. При отсутствии кислорода восприимчивость материала к КРН в этаноле снижается. Концентрация кислорода в этаноле может достигать 80 ppm, что намного больше при сравнении с содержанием кислорода в воде, насыщенной воздухом. Ученые установили, что деструктивное растворение метала было обнаружено на образце в деаэрированном этаноле. Удалить кислород из этанола можно используя химический реагент, продувку азотом или тонкую стальную стружку. Кроме того, вода подавляет КРН углеродистой стали. На образцах, исследуемых в этаноле с 5% содержанием воды, не было обнаружено КРН, однако выявлено значительное поверхностное выкрашивание.

Большинство испытаний проводились при малой скорости деформации. Растяжение проводили при скоростях 10-6 и 10-7 с-1 в большинстве случаев. В процессе исследований, потенциал коррозии измерялся при помощи Ag/AgCl (EtOH) электрода сравнения. Недавно, Лоу с соавторами поставили под сомнения данную практику, в связи с утечкой соляной кислоты из электрода и воздействия, оказываемого хлоридом на восприимчивость материала к КРН в этаноле.

Силва и соавторы изучили остаточное напряжение в сварных швах стали ASTM A106 Gr. B (российский аналог 20 ГОСТ8731). Остаточное напряжение возникает от теплового градиента около наплавленного валика сварного шва в связи с термопластической деформацией, которая, в свою очередь, явилась результатом растяжения и сжатия зоны шва ограниченной окружающей областью. Исследования остаточного напряжения производились при помощи рентгеновского диффрактометра. В процессе испытаний было обнаружено, что остаточные напряжения в сварных швах труб было достаточно сложными, и их характер отличался от характера остаточного напряжения в пластинах. Силва и соавторы предположили, что распределение осевого остаточного напряжения в утолщениях имеет линейный характер. Данное предположение было основано на некоторых исследованиях. Учитывая данное предположение, измерили напряжения на внешней поверхности трубы и, изменив напряжение, установили значение для внутренней поверхности трубы. Исходя из проведенных исследований можно сделать вывод о том, что различие в качестве сварки в значительной степени сказывается на остаточном напряжении, в особенности в условиях ручной сварки.

Образцами для данного исследования послужили части стальных труб ST335 Gr.b (Ст35 класс точности Б) и SA106 (ASTM A106 Gr. b) (российский аналог 20 ГОСТ8731). В испытаниях при малой скорости деформации использовались два различных вида поверхностей. Сначала все поверхности были отполированы до 1200 грит, очищены этанолом и ацетоном и просушены. Поверхность первого образца оставили чистой, однако на поверхности второго нанесли коррозийную пленку. Коррозийный слой был образован с помощью потенциостатического метода в водной среде. Напряжение составляло 641 мВ и уровень РН воды был равен 10.5. Уровень РН был искусственно создан с помощью гидроокиси натрия (NaOH).

Также был изучен случай растрескивания во время эксплуатации. На нефтеперерабатывающем заводе «Neste Oil Porvoo», в Порвоо, Финляндии, утечка произошла на трубопроводе, по которому подавался этанол, местом растрескивания явилась зона вокруг сварного шва. Учитывая также предыдущие случаи, предполагалось, что причиной явилось КРН. Был взят образец трубы и в лабораторных условиях разделен на более мелкие части. Самый длинный отрезок образца располагался перпендикулярно к месту трещины. Один образец был разломлен для исследования поверхности разрушения.

КРН изучалось методом малой скорости деформации, включая также электрохимические измерения. В связи с ограниченными временными рамками был использован метод экспресс-испытаний. Вышеуказанный метод был рассмотрен как наиболее подходящий в связи с тем, что он применяется наиболее часто для исследований КРН в среде этанола. Средой для испытаний при малой скорости деформации стал денатурированный этанол (этилтретбутилэфир). Среда была предоставлена нефтеперерабатывающим заводом «Neste Oil Porvoo».

Экземпляры, в которых, в результате испытаний при малой скорости деформации, образовались трещины, были исследованы при помощи оптического микроскопа сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Также случай растрескивания при эксплуатации был исследован СЭМ.

После формирования коррозийной пленки на поверхности образца, было выявлено коррозийное растрескивание. Структура разлома образцов с КРН была в основном транскристаллического характера.

Перлит также отображает избирательное растворение солей железа-кислоты в среде этанола. Этанол также привел к растворению в областях вкрапления сульфида марганца MnS.

В случае растрескивания во время эксплуатации, трещины образовались в поперечном направлении относительно шва. Растрескивание произошло по причине межкристаллического КРН.

Сварочные швы углеродистой стали восприимчивы к КРН в средах этанола. Наиболее важными факторами выступают растворенный кислород и коррозийный слой. При разрушении пассивного слоя механическим путем, появляется чистая, неокисленная металлическая поверхность, в результате чего появляются анодные участки и различие в электрохимическом потенциале между поверхностью и коррозийным слоем. В сталях старых сортаментов, вкрапления MnS могут вызвать КРН, поскольку растворенные вкрапления усиливают процесс коррозии в соседних кристаллических решетках.

В результате исследования было выявлено, что КРН стало причиной растрескивания во время эксплуатации. Продукты коррозии были обнаружены на поверхности разрыва, и КРН имело полностью межкристаллический характер.

При проведении испытаний при малой скорости деформации, КРН разломы были обнаружены в образцах с коррозийным слоем. В связи с испытаниями при малой скорости деформации и тем, что не было проведено испытаний при постоянной нагрузке, невозможно с уверенностью говорить о том, что постоянное тепловое воздействие на сварочный шов значительно бы уменьшило КРН. Было установлено, что уровень остаточного напряжения равен пределу текучести в зоне шва и зоне термического воздействия, что приводит к восприимчивости материала к коррозийному растрескиванию под напряжением. Кроме того, современные промышленные стандарты предписывают послесварочную термическую обработку швов для трубопроводов подачи этанола, а также резервуаров для хранения этанола. Однако не было опубликовано исследований, доказывающих эффективность метода послесварочной термической обработки швов для предотвращения коррозийного растрескивания под напряжением углеродистой стали в этаноле. В связи с этим, будут проведены испытания при постоянной нагрузке.

Спонсором данного исследования выступил нефтеперерабатывающий завод «Neste Oil Porvoo». Работа выполнена на базе школы науки и технологии университета Аалто. авторы данной работы выражают благодарность за сотрудничество магистру наук Олли Кортелаинен и магистру наук Тапио Саукконен.

Авторы: Валттери Хирси и Ханну Хэннинен, Хельсинки, Финляндия; Жанне Торккели, Порвоо, Финляндия.