نقش بافت، آخال و رسوب ها در شروع و انتشار ترك هاي هيدروژني درخطوط لوله فولادي API X70

Role of Texture, Inclusions and Precipitates in Hydrogen Induced Crack Initiation and Propagation in API X70 Pipeline Steels

در اين تحقيق، سطح و مقطع عرضي لوله فولادي X70 بوسيله ميكروسكوپ الكتروني SEM و آزمون طيف نگاري EDS به منظور تشخيص نوع و شكل آخال مورد بررسي قرار گرفت. سپس روش الكتروشيميايي شارژ هيدروژني با استفاده از مخلوط M 2/0 اسيد سولفوريك و g/l 3 آمونيوم تيوسيانيت جهت ايجاد ترك هاي هيدروژني در نمونه X70 بكار گرفته شد. بعد از انجام آزمايش هاي شارژ هيدروژني، مقطع عرضي نمونه هاي شارژ شده تا µm 1 پوليش شده و بعد از اچ كردن با محلول 2 درصد نيتال با دقت توسط ميكروسكوپ SEM جهت يافتن ترك هاي هيدروژني بررسي شد. سپس شروع و انتشار ترك هاي هيدروژني با استفاده از آزمون طيف نگاري EDS و روش تحليل پراش الكتروني برگشتي (EBSD) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان دادند كه در نمونه شارژ نشده انواع مختلفي از آخال شامل آخال هاي اكسيدي، سولفيدي و نيتريدي وجود دارند كه انباشتگي اين آخال در وسط ضخامت ورقه فولادي بيشتر از جاهاي ديگر است. اما در نمونه هاي شارژ شده، مشخص شد كه ترك تنها از تعداد خاصي آخال و رسوب هايي نظير سولفيد منگنز و رسوب هاي كربو نيتريدي شروع به رشد مي كند. بقيه آخال و رسوب هاي اكسيدي در شروع و انتشار ترك تاثيري ندارد و نقش آن ها در كاهش چقرمگي شكست مي باشد. هم چنين نتايج آزمايش هاي الكترون پراش برگشتي نشان دادند كه ترك مستعد رشد در ناحيه با بافت ضعيف يا تصادفي است. ساير عوامل موثر در رشد ترك نظير جهت گيري دانه هاي شامل ترك مورد بحث قرار گرفتند.

In this research, the surface and cross section of an API 5L X70 pipeline steel was investigated by SEM observation and EDS analysis in order to determine type and morphology of inclusions. Then, the electrochemical hydrogen charging technique using 0.2 M sulfuric acid and 3 g/l ammonium thiocyanate was utilized to create hydrogen induced cracks (HICs) in X70 steel. After hydrogen charging experiments, the cross section of hydrogen charged steels was polished up to 1 µm then etched with 2% nital solution to find HIC cracks. The HIC crack initiation and propagation was studied by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Electron Backscatter Diffraction (EBSD) techniques. The results showed that there are various types of inclusions including oxide, sulfide and nitride inclusions at the cross section of as-received X70 steel; however, the accumulation of inclusions was higher at the center of cross section than in other regions. But, in hydrogen charged specimens, only some special inclusions, such as sulfide and nitride type inclusions, can initiate HIC cracks. Oxide inclusions and precipices has not any role in HIC crack initiation and propagation, but they reduce the fracture toughness of X70 steel. Moreover, the EBSD results showed that the crack initiates in an area with weak or random texture. Other effective parameters in crack growth, such as orientation of grains involved with HIC crack, was discussed.