La rottura indotta dall'idrogeno (HIC) si riferisce alla rottura irreversibile e fragile dell'acciaio inossidabile 316 dopo che gli atomi di idrogeno penetrano nella matrice metallica e si accumulano all'interno dei difetti interni. L'idrogeno generato dal decapaggio, dalla protezione catodica, dalla corrosione galvanica e dal mezzo acido si diffonde nella parete del tubo, si raccoglie in inclusioni, dislocazioni e bordi dei grani per formare idrogeno gassoso a pressione. Lo stress interno eccessivo costringe le microfessure a svilupparsi ed espandersi, formandosi infine attraverso-fessure nei muri e perdite improvvise. Questo guasto non presenta un'evidente deformazione plastica prima della frattura e appartiene a un danno fragile nascosto ad alto rischio-dei componenti del riscaldamento a pressione in acciaio inossidabile.
1. Penetrazione dell'idrogeno e meccanismo di innesco della cricca
In un ambiente acido corrosivo o in un processo di reazione elettrolitica, gli atomi di idrogeno nascenti hanno un volume estremamente piccolo e possono facilmente passare attraverso la pellicola passiva ed entrare nel reticolo di acciaio. Gli atomi di idrogeno migrano in modo casuale all'interno del metallo e rimangono intrappolati nei vuoti interni, nelle inclusioni di scorie e nei bordi dei grani, combinandosi in molecole di idrogeno. Il gas non può fuoriuscire verso l'esterno e accumula un'enorme pressione interna all'interno di minuscole cavità. Quando la pressione interna più la tensione di trazione residua supera la resistenza alla frattura locale dell'acciaio inossidabile, si formano microfessure che si propagano lungo la direzione della tensione. Più crepe si collegano a crepe stratificate e penetrano nella parete del tubo. A differenza della tensocorrosione, la fessurazione indotta dall’idrogeno è principalmente determinata dalla pressione interna dell’idrogeno piuttosto che dalla corrosione da accoppiamento da tensione esterna.
2. Posizioni tipiche suscettibili a cracking indotto dall'idrogeno
Sezioni di tubo imbevute di acido fluoridrico, acido cloridrico e soluzione decapante senza soppressione dell'idrogeno;
Zone saldate con alto contenuto di inclusioni e struttura metallografica sciolta facile da intrappolare l'idrogeno;
Aree con protezione catodica eccessivamente-protetta che comportano una violenta reazione di evoluzione dell'idrogeno;
Il contatto si interfaccia con acciaio al carbonio e alluminio causando corrosione galvanica e produzione continua di idrogeno;
Parti piegate-lavorate a freddo con elevata densità di dislocazioni che catturano facilmente gli atomi di idrogeno.
3. Fattori chiave che inducono l'accelerazione
Processo di decapaggio senza inibitore di idrogeno, che comporta una massiccia permeazione di idrogeno nel substrato;
Potenziale eccessivamente negativo della protezione catodica a corrente impressa che innesca lo sviluppo di idrogeno;
Acciaio grezzo con alto contenuto di zolfo, manganese e inclusioni che fornisce cavità di aggregazione dell'idrogeno;
Nessun trattamento termico di deidrogenazione dopo lavaggio acido e saldatura;
Mezzo con basso valore di pH che genera continuamente idrogeno attraverso la reazione di corrosione.
4. Misure tecniche di prevenzione e controllo-del collegamento completo
① Aggiungere inibitori dell'idrogeno durante il trattamento di decapaggio
Speciali additivi acidi sopprimono la riduzione degli ioni idrogeno e riducono il dosaggio dell'infiltrazione di idrogeno.
② Calibrare con precisione l'intervallo del potenziale di protezione catodica
Impostare limiti potenziali superiori e inferiori per evitare l'iperprotezione e bloccare l'evoluzione dell'idrogeno.
③ Adottare la materia prima in acciaio inossidabile 316 ad alta-purezza e bassa-inclusione
Controllare rigorosamente gli elementi di impurità per ridurre i siti interni di intrappolamento dell'idrogeno.
④ Eseguire la cottura per deidrogenazione a bassa-temperatura dopo le procedure di-introduzione dell'idrogeno
Riscaldare il pezzo a 200~300 gradi per preservare il calore ed eliminare l'idrogeno disciolto all'interno della matrice.
⑤ Isolare i contatti metallici diversi per evitare la generazione di idrogeno galvanico
Aggiungi guarnizioni isolanti tra diversi metalli per tagliare i circuiti delle celle galvaniche.
5. Tabella di confronto degli effetti della prevenzione
表格
| Condizioni del processo e del materiale | Rischio di cracking indotto dall'idrogeno | Suggerimento per l'applicazione |
|---|---|---|
| Decapaggio senza inibizioni + nessuna deidrogenazione + materiale ad alta-inclusione | Elevato rischio di fessurazione ritardata durante il servizio | Effettuare immediatamente il trattamento di deidrogenazione e ottimizzare il processo |
| Decapaggio inibitore + controllo potenziale + deidrogenazione post-cottura in forno | Elimina efficacemente i rischi di accumulo di idrogeno | Produzione standard e specifiche anti-corrosione |
| Materiale di base a bassa-impurità + isolamento completo | Tendenza minima al cracking dell'idrogeno | Piano preferito per le condizioni di lavoro di protezione acida e catodica |
Conclusione
La fessurazione indotta dall'idrogeno di 316 tubi riscaldanti ha origine dalla permeazione dell'atomo di idrogeno, dalla pressurizzazione molecolare interna dell'idrogeno e dall'espansione della fessura guidata dallo stress-. Le principali strategie di prevenzione sono l’interruzione delle fonti di generazione dell’idrogeno, la riduzione dell’assunzione di idrogeno durante il trattamento superficiale, la rimozione dell’idrogeno residuo tramite il trattamento termico di deidrogenazione e il miglioramento della purezza delle materie prime per ridurre i difetti di cattura dell’idrogeno. La gestione a ciclo chiuso-del pretrattamento, della protezione anti-corrosione e dell'ispezione in entrata delle materie prime può prevenire sostanzialmente gli incidenti dovuti a fratture fragili causate da cracking-indotto dall'idrogeno.
