تست خوردگی HIC

خوردگی HIC چیست؟

ترک ناشی از هیدروژن (Hydrogen-Induced Cracking) یک پدیده شیمیایی است که باعث می‌شود آلیاژهای فلزی به دلیل تجمع مولکول‌های هیدروژن در ساختار شبکه کریستالی خورده و تخریب شوند. این نوع خوردگی یک حالت منحصر به فرد از شکست مکانیکی است که بیشتر بر آلیاژهای فولادهای با استحکام بالا و کم آلیاژ، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم حساس ترین هستند رخ میدهد.

ترک ناشی از هیدروژن (HIC) زمانی ایجاد میشود که هیدرژون بصورت اتم با یون با فلزات ترکیب شود. ترک هیدروژنی (HIC) یک شکل رایج آسیب H₂S است، زمانی که قطعات صنعتی در محیط های ترش و مستعد قرار میگیرند. در اثر شروع و انتشار نقص‌های کوچک ترک مانند، اغلب شبیه حفره‌های داخلی کوچک یا تاول‌ها، که عموماً در سطح ایجاد می‌شود به وجود می آید.

سطح خارجی قطعات مستعد HIC معمولاً به دلیل تأثیرات هیدروژن آبی که به سطح قطعه در محیط‌های مرطوب مانند پالایشگاه H₂S منتشر می‌شود، رخ می‌دهد. این ترک در دماهای نسبتاً پایین رخ دهد که عمدتاً در نتیجه هیدروژن اتمی ناشی از واکنش های خوردگی H₂S مرطوب است که وارد قطعات می شود و در آخال ها یا ناخالصی های داخل قطعات جمع می شود. H₂S از واکنش بازترکیب هیدروژن که به طور معمول رخ می دهد جلوگیری می کند. بنابراین به جای حباب زدن از سطح خوردگی، اتم های هیدروژن به اجبار وارد ساختار فلز می شوند و باعث خوردگی و ضعف می شوند.

با این حال، رایج‌ترین نگرانی در رابطه با ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن، انتشار تدریجی اتم‌های هیدروژن در ساختار قطعات در صنایع مختلف بخصوص صنایع نیروگاهی و پالایش نفت و گاز است. چرا که بطور مداوم با محیط های ترش سولفید هیدروژن مرطوب (H2S) در تماس هستند.

ترک خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) چگونه رخ می دهد؟

ترک خوردگی ناشی از هیدروژن زمانی رخ می دهد که شبکه کریستالی یک آلیاژ با اتم های هیدروژن منتشر اشباع شود. با توجه به رابطه متناسب بین حلالیت و دمای هیدروژن، این معمولاً در دماهای شدید با نرخ‌های بالاتر رخ می‌دهد. این اتم‌ها در میان فلز پخش می‌شوند و ممکن است دوباره ترکیب شوند تا مولکول‌های هیدروژن بزرگ‌تری را تشکیل دهند که می‌توانند در فضای کوچکی در ساختار فلز تجمع کنند.

غلظت هیدروژن فشار داخلی روی قطعه را افزایش می دهد و خواص کلیدی مانند شکل پذیری و استحکام کششی را مورد تاثیر قرار میدهد. این نقص موضعی می تواند از طریق سطح فلز منتشر شود و باعث شکست شود.

مکانیسم ترک‌ ناشی از هیدروژن که معمولاً در مخازن و لوله‌های موجود در تأسیسات صنایع نیروگاهی و پالایشگاه های نفت و گاز رخ می دهد، یک شکل پیچیده از خوردگی است که می تواند بسیار پرهزینه باشد.

گریدهای فولادی مقاوم در برابر HIC چیست؟

گریدهای فولادی مقاوم در برابر HIC آلیاژهای فلزی جدیدی هستند که برای مقاومت در برابر ترک ناشی از هیدروژن و ارائه خدمات طولانی مدت در کاربردهای پردازش H₂S مرطوب مهندسی شده اند. آنها به عنوان یک راه حل جامع برای ساخت مخازن تحت فشار در بخش های نفت و گاز و پتروشیمی در نظر گرفته شده اند.

این فولادها دارای محتوای کربن 0.2 درصد هستند و با استفاده از تکنیک قوس الکتریکی اختصاصی تولید می شوند. این امر ساخت یک فولاد با خلوص بالا و همگن را از طریق پالایش ملاقه و گاز زدایی در خلاء، به دنبال فرآیندهای گوگرد زدایی و فسفر زدایی قوی امکان پذیر می کند. حذف ناخالصی‌های رایج برای اطمینان از اینکه یک گرید فولادی مقاوم در برابر HIC مطابق با مشخصات عمل می‌کند ضروری است. اما باید برای تضمین اینکه تئوری به خوبی به کاربرد عملی منجر می‌شود، آزمایش شوند.

تست HIC

به منظور ارزیابی مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن آلیاژهای مورد استفاده در صنایع به عنوان مثال آلیاژ های فولادی خط لوله و مخازن تحت فشار، آزمایش خوردگی HIC باید مطابق با استاندارد NACE TM0284 انجام شود. نمونه های فولادی باید در محلول های آزمایشی در دمای 25±3 درجه سانتی گراد [5±77 درجه فارنهایت] غوطه ور شوند.

بررسی تست ذرات مغناطیسی مقاطع فولادی

 دو محلول تست استاندارد وجود دارد:

محلول A : محلول کلرید سدیم، محلول اسید استیک (NaCl، CH₃COOH) اشباع شده با H₂S در دما و فشار محیط.

محلول B : محلول مصنوعی آب دریا که با H₂S در دما و فشار محیط اشباع شده است.

مدت زمان آزمون برای هر دو محلول 96 ساعت خواهد بود. پس از آزمایش، نمونه ها باید از محلول آزمایش خارج شده و ترک ها اندازه گیری شوند.

ترک هیدروژنی در مقطع فولادی

 سه پارامتر اصلی باید برای ارزیابی مقاومت فولاد در برابر HIC محاسبه شود:

 نسبت حساسیت به ترک (CSR)، نسبت طول ترک (CLR)، نسبت ضخامت ترک (CTR).

هدف از آزمون HIC چیست؟

آزمایش HIC برای ارزیابی مقاومت متریال های مورد استفاده در صنایع پالایشگاهی و سیستم های عبور گاز و سیالات ترش و صفحه مخازن تحت فشار در برابر خوردگی ترک خوردگی ناشی از هیدروژن بر اثر جذب آن از سولفید آبی تعریف می شود.

آیا روش هایی برای بهبود ترک ناشی از هیدروژن (HIC) وجود دارد؟

برای تعمیر قطعات ترک خورده توسط هیدروژن میتوان عملیات هایی برای حذف یا کاهش هیدروژن در فلز انجام داد که ممکن است بصورت کلی نتواند این آسیب را رفع کند. برای اینکه ترک هیدرژنی باعث تحمیل هزینه های بالا در صنعت نشود بهتر است از راه های جلوگیری و انتخاب متریال مقاوم به آن استفاده کرد.