Hodnocení odolnosti plechů vůči HIC a SSC

• Foto

Tato potrubí kromě působení vnějšího namáhání vystavena rovněž působení sulfanu. Z kapalných a plynných prostředí obsahujících sulfan může do materiálu pronikat vodík, který za specifických podmínek může vyvolat degradaci materiálu, která se označuje jako vodíkem indukované praskaní (HIC) resp. sulfidické praskání pod napětím (SSC).

V případě vodíkem indukovaného praskání (HIC) se jedná o degradaci materiálu pouze vlivem působení sulfanu bez spolupůsobení vnějších napětí.

V případě kdy při laboratorní teplotě je degradace materiálu způsobena současným vlivem prostředí sulfanu a zatížení hovoříme o sulfidickém praskání pod napětím.

Problematika vodíkového praskání a sulfidického praskání pod napětím se stala předmětem intenzivního zájmu laboratoří zhruba od 40. až 50. let minulého století, kdy se poprvé projevily důsledky této degradace u nádob převážejících kyselé produkty [2]. Od té doby je působení kyselých prostředí na kovové materiály a následná problematika jejich koroze předmětem intenzivního studia, které na konci 70. a počátku 80. let vyústilo ve sjednocení používaných metodik při zkoušení HIC a SSC a ve vydání standardů pro toto zkoušení [3, 4].

METODIKA PROVÁDĚNÍ ZKOUŠEK HIC A SSC
Zkoušení odolnosti vůči vodíkovému praskání HIC
Zkouška spočívá v expozici vyrobených vzorků o rozměrech 20 × (tloušťka plechů, resp. max. 30 mm) × 100 mm (viz obr. 1), které jsou odebrány v podélném směru, v roztoku destilované vody do níž jsou přidány 5 hmotnostních procent NaCl a 0,5 hmotnostního procenta CH3COOH po dobu 96 hodin. Velmi podstatné pro správné provedení testu je udržení kyselosti roztoku v normou požadovaných mezích, které jsou pro počáteční stav pH = 2,7 ± 0,1 a pro stav po ukončení testu pH = 4,8 až 5,4. Tento roztok je po instalaci vzorků nasycen sirovodík tak, aby jeho koncentrace v roztoku měřená metodou jodové titrace byla minimálně 2 300 ppm. Expozice musí probíhat při teplotě 25 ± 3 °C.

Po provedené expozici v prostředí se vzorek příčně rozřízne na čtyři segmenty o délce 25 mm. Na takto rozděleném vzorku se metalograficky vyhodnotí plochy odpovídající délce 25, 50 a 75 mm. Pro každý jednotlivý segment se vyhodnocují následující poměry.

Příklad trhliny po expozici HIC ukazuje obrázek 3.

Protože metalografické šetření exponovaných vzorků je jak časově tak finančně náročné, což neodpovídá požadavkům sériové výroby dodavatelů takovýchto plechů, je možné vyhodnocení výše uvedených parametrů pomocí ultrazvukového měření v imerzním prostředí. Výhodou takovéhoto postupu kromě kratšího času je rovněž skutečnost, že poskytuje i parametr CAR (crack area ratio), který uvádí poměr průmětů jednotlivých trhlin do roviny povrchu vzorku. Obvyklé hodnoty výše uvedených parametrů pro akceptaci výrobku jsou: CLR max. 15, CTR max. 5, CSL max. 2, CAR max. 5.

Zkoušení odolnosti vůči sulfidickému praskání SSC
Zkouška spočívá ve výrobě zkušebního tělesa dle zvoleného způsobu namáhání (nejčastěji čtyřbodový ohyb, nebo jednoosý tah), jeho zatížení na požadované napětí (většinou pod mezí kluzu v rozsahu 0,72 až 0,8.Re v závislosti na materiálu a požadavcích) a následné expozici v roztoku nasyceném sirovodíkem po dobu 720 hodin. Roztok použitý pro tuto zkoušku je obecně stejný jako v případě zkoušek HIC, může se však lišit dle konkrétní specifikace, která obvykle zohledňuje konkrétní provozní podmínky výsledného výrobku. Pro tyto zkoušky se nejčastěji používají tělesa vyrobená podle obrázku 4, která se zatěžují ve speciálních přípravcích (viz obr. 5), popř. tělesa tvaru zkušebních tyčí pro zkoušku tahem opět zatížená v přípravcích navrhnutých tak, aby zatížení působilo pouze v ose a nezpůsobovalo přídavný krut či ohyb (viz obr. 6).

Po ukončení expozice se provede nejprve vyhodnocení visuální na přítomnost korozních trhlin, pokud je visuální posouzení negativní, zpravidla následuje metalografické šetření v podélných řezech odpovídajících 1/3 a 2/3 šířky vzorku.

Před samotným metalografickým šetřením se obvykle provádí i vyhodnocení puchýřovitosti na vzorcích, která by neměla přesáhnout 1 % plochy vzorku. Příklad vyhodnocení tohoto parametru je uveden na obrázku 7.

Příklady korozních trhlin u vzorků SSC jsou uvedeny na obrázku 8.

ZÁVĚR
V příspěvku jsou prezentovány metodiky provádění a vyhodnocení zkoušek HIC a SSC, které jsou požadovány u termomechanicky válcovaných plechů vyrobených z mikrolegovaných C-Mn ocelí. Oba typy zkoušek se běžně provádějí v laboratořích společnosti MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s. r. o. (MMV) a obě metodiky jsou akreditovány. Laboratoře MMV umožňují provádět tyto zkoušky s velkou variabilitou, co se týká použitých roztoků, podmínek zatěžování a aplikovaných expozičních časů. Uvedené zkoušky je možné rovněž použít pro hodnocení svarových spojů.

Autoři článku vyjadřují své poděkování za finanční podporu MŠMT v rámci programu Výzkumný záměr MSM 2587080701.

LITERATURA:
[1] API specification 5L, Specification for Line Pipe, Forty-second edition, January 2000. Effective date: July 1, 2000
[2] Bartz, M.H., Rawlins, C.E.: Effects of Hydrogen Generated by Corrosion of Steel, Corrosion 4, 5 (1948), pp. 187–206
[3] Standard Test Method, Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hyfrogen-Induced Cracking. NACE International Standard ANSI/NACE Standard TM00284, Item No. 21215
[4] Standard Test Method, Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion CRacking in H2S Environments. NACE International Standard ANSI/NACE Standard TM0177, Item No. 21212

Assessment of the Metal Plate Resistance to HIC and SSC
Thermo-mechanically rolled metal plates of structural steels used primarily for production of welded pipes of pipeline systems, are a commercially interesting commodity with a relatively high added value. This article presents the methodology of performance and assessment of HIC and SSC tests that are required for thermo-mechanically rolled metal plates made of microalloyed C-Mn steels.

Autoři

• Ing. Kander Ladislav
• Doc. Ing. Matocha Karel CSc.