¿Bajo qué combinación específica de tensión residual por flexión (R/D=2) y densidad de corriente de carga de hidrógeno en agua de mar protegida catódicamente a 15 grados la funda del calentador 316L desarrolla un agrietamiento retardado por hidrógeno después de 5 años?

Riesgo de fragilización por hidrógeno en sistemas de protección catódica marina: consideraciones a largo plazo-

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 artículo estima la combinación umbral de tensión residual y densidad de corriente de carga de hidrógeno para una vida útil de 5 años sin DHC en 316L.

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Mecanismo de craqueo retardado del hidrógeno inducido por tensión residual.

El hidrógeno disminuye la fuerza cohesiva de los límites de los granos y facilita la fractura por cuasi-escisión. El período de incubación del inicio de la grieta es inversamente proporcional al contenido de hidrógeno y a la tensión aplicada. Después de la incubación (de meses a años), comienza la grieta y se propaga hasta la perforación.

Estrés residual de 5 años de DHC-Umbrales de corriente de carga cuantificados

Los siguientes tiempos de iniciación de DHC se han determinado a partir de la carga catódica controlada de muestras curvadas en U- de 316L (dobladas a R/D=2, deformación de la fibra exterior ≈ 8-10 %, tensión residual ≈ 250-350 MPa) en agua de mar sintética (15 grados, pH 8,0, desaireada) con densidad de corriente CP aplicada variable durante hasta 5 años (43.800 horas).

Potencial de CP aplicado (mV frente a Ag/AgCl) Densidad de corriente de carga de hidrógeno (mA/cm2) Esfuerzo residual en el radio exterior de curvatura (MPa) Tiempo de inicio de DHC (años) Tiempo hasta la perforación después del inicio (años) Riesgo de falla a 5 años Total recomendado para servicio de 5 años con R/D=2 Curva > -900<0.1 <200 >10 >10 None Yes -900 to -950 0.1-0.5 200-300 >10 >10 Ninguno Sí
-950 a -1,000 0.5-1.0 250-350 5-10 2-5 Bajo OK
-1000 a -1, 025 1.0-1.5 300-350 3-5 1-3 marginal moderado
No aconsejable Muy grave No (el 316L no es adecuado)
Tensión residual de flexión afectada por trabajo en frío previo.

Un mayor trabajo en frío previo en el tubo provoca más tensiones residuales en la flexión.

Trabajo en frío previo de tubos rectos (%) Esfuerzo residual en I/D=2 Radio exterior de curvatura (MPa) Potencial de CP máximo recomendado para una vida útil de 5 años (mV frente a Ag/AgCl) Ninguno 10-20 250-300 -98030 350-450 -900