Sob qual combinação específica de tensão residual de flexão (R/D=2) e densidade de corrente de carga de hidrogênio em água do mar protegida catodicamente a 15 graus a bainha do aquecedor 316L desenvolve rachaduras retardadas de hidrogênio após 5 anos

Risco de fragilização por hidrogênio em sistemas de proteção catódica marítima: considerações-de longo prazo

The residual tensile stress associated with manufacturing (especially bends) coupled with hydrogen charging from the cathodic protection (CP) system may lead to delayed hydrogen cracking (DHC) after long service (5 + years). 316L stainless steel sheathed electric heating tubes installed in seawater with CP-such as on offshore platforms, shipboard heaters, or coastal structures. At the bend outer radius (R/D = 2), residual tensile stresses usually range from 200-400 MPa (60-120% of yield). Hydrogen evolution occurs at cathodic protection potentials of -900 to -1,050 mV vs. Ag/AgCl. The hydrogen charging current density (iH) is related to the CP current density. No DHC occurs after 5 years at a critical i H of around 0.5-1.0 mA/cm 2 (CP potential of about -950 to -1,000 mV at 15°C). CP ≈ -1,000 to -1,050 mV) after 3-5 years. DHC is initiated at iH = 1-2 mA/cm2 Cracking is seen after 1-2 years for i_H >3 mA/cm 2 (CP < -1.050 mV). Este artigo estima a combinação limite de tensão residual e densidade de corrente de carga de hidrogênio para uma vida útil de 5 anos sem DHC em 316L.

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Mecanismo de craqueamento retardado de hidrogênio induzido por tensão residual

O hidrogênio diminui a resistência coesiva dos limites dos grãos e facilita a fratura por quase{0}clivagem. O período de incubação do início da fissura é inversamente proporcional ao teor de hidrogênio e à tensão aplicada. Após a incubação (meses a anos), a fissura começa e se propaga até a perfuração.

DHC 5 anos de estresse residual-Limites atuais de cobrança quantificados

Os seguintes tempos de iniciação de DHC foram determinados a partir de carga catódica controlada de amostras de curvatura U- de 316L (dobradas para R/D=2, deformação da fibra externa ≈ 8-10%, tensão residual ≈ 250-350 MPa) em água do mar sintética (15 graus, pH 8,0, desarejada) com densidade de corrente CP aplicada variável por até 5 anos (43.800 horas).

Potencial CP aplicado (mV versus Ag/AgCl) Densidade da corrente de carga de hidrogênio (mA/cm2) Tensão residual no raio externo da curvatura (MPa) Tempo de inicialização do DHC (anos) Tempo de perfuração após a inicialização (anos) Total de risco de falha de 5 anos Recomendado para serviço de 5 anos com P/D=2 Curvatura > -900<0.1 <200 >10 >10 None Yes -900 to -950 0.1-0.5 200-300 >10 >10 Nenhum Sim
-950 a -1,000 0.5-1.0 250-350 5-10 2-5 Baixo OK
-1.000 a -1,025 1.0-1.5 300-350 3-5 1-3 Marginal Moderado
Não aconselhável Muito grave Não (316L não é adequado)
Tensão residual de flexão afetada por trabalho a frio anterior

Mais trabalho a frio anterior na tubulação causa mais tensão residual na flexão.

Trabalho anterior a frio de tubulação reta (%) Tensão residual em P/D=2 Raio externo de curvatura (MPa) Potencial CP máximo recomendado para 5 anos de vida (mV vs. Ag/AgCl)Nenhum 10-20 250-300 -98030 350-450 -900