Influence of anisotropy of mechanical properties on hydrogen induced cracking

• Autorzy: Kukołowicz Łukasz , Oleszak Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2023.2.1

Warianty tytułu

PL

Wpływ anizotropii właściwości mechanicznych na podatność na pękanie wodorowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hydrogen induced cracking is a form of wet H2S cracking. Blistering or crack propagation is a result of the mechanical tearing of material by high-pressure hydrogen gas forming on internal material discontinuities, like non-metallic inclusions. This failure mechanism is typically associated with low and medium-strength pipeline steels, however, it does also occur in high-strength rolled wire. This evaluation aims to elucidate the mechanism of this susceptibility. The characteristic failure pattern where cracking occurs near the wire centreline and propagates perpendicular to the rolling direction leads to believe that the wire anisotropy, developed during cold rolling, plays a critical role. A mechanical property – flow resistance in principal directions – was measured using the Wheeler and Ireland technique. It was found that the “weak” direction is perpendicular to the crack propagation direction. The failure rate does not correspond to the flow resistance, but rather to the flow resistance ratios. It is proposed that those ratios are not only a measure of anisotropy but also a measure of microstructural damage inflicted by the cold rolling process. This microstructural damage is partially reversible by heat treatment processes.

PL

Pękanie wodorowe jest mechanizmem degradacji często zachodzącym w środowiskach korozyjnych, w których występuje siarkowodór. Propagacja pęknięć postępuje na skutek fizycznego rozrywania materiału przez cząsteczkowy wodór pod wysokim ciśnieniem, tworzący się na nieciągłościach wewnętrznych, takich jak na przykład wtrącenia niemetaliczne. Praca badawcza dotyczy mechanizmu pękania wysoko wytrzymałego kształtowego drutu stalowego. Drut pęka w charakterystyczny sposób: pęknięcie tworzy się w pobliżu środka drutu i propaguje równolegle do płaskich powierzchni. Obserwacja ta każe przypuszczać, że propagacja związana jest z anizotropią właściwości mechanicznych drutu. Anizotropię zbadano jako opór płynięcia plastycznego materiału pod wgłębnikiem twardościomierza metodą Wheelera i Irelanda. Zaobserwowano, że pęknięcia propagują prostopadle do kierunku, w którym występuje najmniejszy opór płynięcia. Pękanie podczas testów w środowisku korozyjnym z siarkowodorem nie jest skorelowane bezpośrednio z oporem płynięcia, a ze stosunkiem oporów płynięcia w dwu kierunkach, a więc miarą anizotropii. Z badań wynika, że proces walcowania na zimno powoduje uszkodzenia mikrostruktury, które można szacować miarą anizotropii właściwości mechanicznych drutu i które są częściowo odwracalne w procesie obróbki cieplnej.

Słowa kluczowe

EN

hydrogen induced cracking; flow resistance; anisotropy; cold rolled wire

PL

kolumna destylacji atmosferycznej ropy naftowej; korozja górnej części kolumny atmosferycznej; hydroliza chlorków organicznych i nieorganicznych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 2
• Strony: 38--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kukołowicz Łukasz

• Baker Hughes, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9984-8700

autor

Oleszak Dariusz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7563-007X

Bibliografia

• [1] American Petroleum Institute. May 2014. “Specification 17J Specification for Unbonded Flexible Pipe”.
• [2] P.F. Timmins. 1996. Failure Control in Process Operations. In: ASM Handbook. Volume 19: Fatigue and Fracture. Materials Park, Ohio: ASM International.
• [3] M.C.E. Bandeira, R.M. Moreira, B. de Barros, R.C. Ribeiro, P. Silva, O.R. Mattos, F.P. dos Santos. 2019. “The Effect of H2S Consumption on SSC Susceptibility of High Strength Wire Grades for Flexible Pipes”. Corrosion 2019: NACE- 2019-13483. Nashville, Tennessee.
• [4] N. Desamais, C. Taravel-Condat. 2009. “On the Beneficial Influence of a Very Low Supply of H2S on the Hydrogen Embrittlement Resistance of Carbon Steel Wires in Flexible Pipe Annulus”. Offshore Technology Conference: OTC- 19950-MS. Houston, Texas. DOI: 10.4043/19950-MS.
• [5] A. Dugstad, S. Palencsar, L. Borvik, T. Berntsen. 2020. “Corrosion of Steel Armor Wires in Flexible Pipes – Effect of Small Amount of H2S”. Corrosion 2020: NACE-2020-14876.
• [6] D. Lee, W.A. Backofen. 1966. “An Experimental Determination of the Yield Locus for Titanium and Titanium-Alloy Sheet (Yield Locus of Titanium and Titanium-Alloy Sheet under Combined-Stress Loading)”. Transactions of the Metallurgical Society of AIME 236(7): 1077–1084.
• [7] R.G. Wheeler, D.R. Ireland. 1966. “Multiaxial Plastic Flow of Zircaloy-2 Determined from Hardness Data”. Electrochemical Technology 4: 313–317.
• [8] D.R. Ireland. 1967. Practical Technique for Obtaining and Using Plastic Anisotropy Information. Technical report from 96th Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers. Los Angeles, California.
• [9] S. Foissey, Ch. Bertout, X. Perroud. 2017. Process for Manufacturing a Profiled Steel Wire. Patent No. US 9,617,625 B2.
• [10] K. Ankamma, D.V.V. Satyanarayana, G. Chandramohan Reddy, M. Komaraiah, N. Eswara Prasad. 2011. “In-Plane Anisotropy in Tensile Deformation and Its Influence on the Drawability of Nimonic c-263 Alloy Sheets”. Sadhana 36: 223–249. DOI: 10.1007/s12046-011-0016-6.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).