Микроструктура и металургични фактори, влияещи върху предизвиканото от водород-напукване в стоманена тръба LSAW

1. Преглед на микроструктурното влияние

1.1 Чувствителност на заваръчния метал спрямо основния метал

1.1.1 Фундаментална разлика

Чувствителността към-предизвикано от водород напукване варира значително между заваръчния метал, зоната-засегната от топлина и тялото на основната тръба. Заварената област на стоманената тръба LSAW обикновено се втвърдява в колоновидни зърна с висока плътност на дислокация, докато основната плоча се валцува и нормализира преди формоването, като се получават рафинирани зърна с еднаква ос. Тези структурни контрасти създават места за улавяне на водород, локална вариация на твърдостта и предпочитани зони на счупване. В корените на заваръчните шевове или границите на сливане водородът има тенденция да се концентрира в микроструктурни прекъсвания, насърчавайки образуването на крехки пукнатини по-рано, отколкото в основния метал.

1.1.2 Локална вариация на твърдостта

По-твърдите микроструктури като мартензитни-бейнитни подзони вътре в HAZ имат по-голяма чувствителност към HIC в сравнение с феритните области. Тъй като твърдостта се покачва над критичните прагове, съпротивлението на атомната кохезия рязко спада, когато се комбинира с налягането на дифузионния водород. Следователно контролирането на пиковата твърдост и осигуряването на по-плавни преходи в заваръчните линии е една от основните металургични цели при -податливи на водородLSAWшевове.

1.2 Граници на зърната, фази и улавяне на водород

1.2.1 Развитие на водородния капан

Поведението при улавяне на водород е тясно свързано с типа на границата, фазовото съдържание и вътрешните дефекти. Границите на зърната с висок{1}}ъгъл показват по-силна тенденция на сегрегация, докато под-зърната с нисък{2}}ъгъл задържат водород главно вътре в дислокационните клетки. Много{5}}фазните тръбопроводни стомани, използвани в производството на LSAW, често включват ферит, перлит, бейнит или темпериран мартензит. Всяка фаза представя различна енергия на улавяне и скорост на дифузия, като заедно диктува вариацията на критичната концентрация на водород в дебелината на стената на тръбата.

1.2.2 Включени-задвижвани стратифицирани пукнатини

Не-металните включвания служат като необратими капани, които натрупват водород, докато налягането на рекомбинацията на газа инициира стратификационни пукнатини. В промишлени проби от LSAW плочи, включвания като оксидни стрингери или удължени сулфидни зони, успоредни на посоката на формоване, могат по-късно да действат като "канали за стълбовидни пукнатини" вътре в HAZ.

Таблица 1: Типична микроструктура спрямо якост на улавяне на водород

Таблица 2: Типове включвания и проявление на пукнатини

2. Стратегии за превенция,-насочени към металургията

2.1 Контрол-включване на ниво на плоча

Стоманата, използвана за производството на OCTG тръбопроводи, често се разтопява и рафинира чрез LF или RH процеси на дегазиране преди рулони или леене на плочи. Третирането с калций, балансирането на съотношението Mn/S и пълното вакуумно обезгазяване са първични пътища за смекчаване-включване, които пряко влияят върху крайната устойчивост на HIC.

2.2 Оптимизиране на микроструктурата на заваръчната -линия

2.2.1 Управление на много-етапно охлаждане на заваръчния шев

Контролираната между{0}}температура на преминаване, забавянето на скоростта на охлаждане и потискането-нагрубяването на зърната в HAZ намаляват плътността на улавянето. Дългите заварки на LSAW трябва да избягват локализирани условия на закаляване, които причиняват незакалени острови с твърда микроструктура по протежение на надлъжния шев.

2.3 В-Въздействие на термична обработка в линията

Дифузионното изпичане-на водород при 200–350 градуса за няколко часа след заваряването обикновено се използва при производството на тръбопроводи за кисел водород. Равномерните топлинни профили по цялата заваръчна линия са критични, така че HAZ се изпича постоянно, а не частично.

3. Отложен крекинг и металургична диагностика

3.1 Бяло петно ​​и квази-морфология на разцепване

„Белите петна“ представляват отделяне на водород и зони на микро-декохезия вътре в абсорбционните ядра. Тези кръгли или елипсовидни образувания се показват като предшественици на счупване при забавено разпространение. След като натоварването на опън активира декохезията, периметрите на белите петна служат като точки за започване на пукнатини.

3.2 Работен процес за инспекция на металургични повреди

Индустриалната диагностика често приема структуриран преглед на неизправностите: сканиране на макро-счупване → морфология на микро-прихващане SEM → градиент на фазова твърдост → скрининг на съдържание на водород. Пукнатини, които започват от корените на заваръчните шевове или директно от подповърхностите на включването, силно показват металургично-водородно напукване.

3.3 Индикатори за металургична оценка на качеството

Окончателните тръбни секции обикновено се подлагат на изобразяване на микроструктура, картографиране на твърдостта, симулация на водороден заряд и рейтинг на включване преди изпращане. За LSAW тръба за транспортиране на водород или кисел газ, металургичният резултат става по-надежден предиктор за продължителността на живота, отколкото само границата на провлачване.

4. Ключови констатации

4.1 Потвърждение на причинно-следствената микро-верига

Основните двигатели произлизат от създаването на водороден капан в заваръчния метал и островите на микроструктурата на HAZ, ускорени допълнително от необратими включвания, успоредни на посоката на формоване.

4.2 Промишлени последици за LSAW продукти

Съгласуваност на микро-сегментиране, смекчаване на включването, диагностика на-прекурсори на пукнатини и термично изпичане-на водород са стратегии-на ниво металургия, които пряко влияят върху целостта на тръбите - и стават все по-важни, тъй като тръбопроводите за водород стават масови.