Ống thép hàn hoạt động như thế nào trong dịch vụ ăn mòn
Đặc tính ăn mòn của ống thép hàn được quyết định bởi ba yếu tố tác động cùng nhau: thành phần của thép, chất lượng của đường hàn và tính chất hóa học của môi trường sử dụng. Đối với ống thép carbon trơn, bản thân kim loại cơ bản có ít điện trở vốn có, do đó khả năng bảo vệ phụ thuộc vào lớp phủ rào cản, lớp lót và bảo vệ ca-tốt. Đối với ống hàn bằng hợp kim và không gỉ, hàm lượng hợp kim trở thành yếu tố chi phối và mối hàn trở thành điểm yếu nhất trừ khi quy trình hàn và tình trạng sau hàn được kiểm soát.
Có một sự hiểu lầm phổ biến rằng việc thêm các nguyên tố hợp kim vào ống thép cacbon sẽ làm cho nó phù hợp với axit mạnh. Crom và niken cải thiện khả năng chống chịu với các môi trường cụ thể, nhưng axit clohydric đậm đặc có thể tấn công ngay cả thép không gỉ có hợp kim cao. Do đó, việc lựa chọn vật liệu phải bắt đầu từ môi trường thực tế, nồng độ, nhiệt độ và hàm lượng oxy chứ không phải từ kỳ vọng chung rằng hợp kim hóa sẽ giải quyết được vấn đề.
Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim
| Yếu tố | Đóng góp vào hành vi ăn mòn | Vấn đề quan trọng ở đâu trong dịch vụ đường ống |
|---|---|---|
| Crom, Cr | Tạo thành một màng oxit thụ động mỏng, bám dính trên bề mặt | Môi trường khí quyển, oxy hóa và có tính axit nhẹ; cơ sở của các lớp không gỉ |
| Niken, Ni | Ổn định cấu trúc austenit và cải thiện khả năng chống lại axit khử | Pha loãng lưu huỳnh và các chất khử khác; ống thép không gỉ và hợp kim niken |
| Molypden, Mo | Cải thiện khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở trong môi trường clorua | Các dòng xử lý biển, nước lợ và chứa clorua |
| Đồng, Cu | Cải thiện khả năng chống ăn mòn trong khí quyển ở thép phong hóa hợp kim thấp | Cấu trúc lộ thiên và các ứng dụng ngoài trời không sơn |
| Cacbon, C | Tăng cường độ nhưng liên kết crom dưới dạng cacbua trong thép không gỉ | Nguy cơ ăn mòn giữa các hạt sau khi hàn nếu lượng carbon cao |
Trong ống hàn thép carbon, lộ trình thực tế là kiểm soát môi trường và tách nó ra khỏi thép. Lớp phủ bên trong và bên ngoài, lớp lót xi măng hoặc epoxy, mạ kẽm và bảo vệ ca-tốt đều là một phần của chiến lược đó và hệ thống lớp phủ thường được chỉ định theo tiêu chuẩn được công nhận về độ bền và độ chuẩn bị bề mặt.
Tại sao đường hàn lại quan trọng
Thành phần không phù hợp:nếu kim loại phụ không khớp với kim loại cơ bản, thì đường may có thể trở nên anốt và bị ăn mòn nhiều hơn.
Sự thâm nhập không đầy đủ và thiếu sự hợp nhất:những khiếm khuyết hình học này tạo ra các kẽ hở nơi chất lỏng ứ đọng tập trung và bắt đầu rỗ.
Vùng ảnh hưởng nhiệt:hàn làm thay đổi vi cấu trúc cục bộ; trong ống không gỉ, sự kết tủa cacbua crom trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt gây ra sự nhạy cảm và tấn công giữa các hạt trừ khi sử dụng các loại có hàm lượng carbon thấp hoặc ổn định.
Ứng suất dư:ứng suất kéo tại đường may làm tăng thêm động lực gây ra vết nứt ăn mòn do ứng suất, đặc biệt là trong môi trường clorua hoặc sunfua.
Vết hàn và hư hỏng bề mặt:bề mặt gồ ghề và các hạt sắt nhúng vào sẽ phá vỡ màng thụ động và bắt đầu tấn công cục bộ.
Đối với ống hàn austenit theo tiêu chuẩn ASTM A312 hoặc được chế tạo từ tấm theo tiêu chuẩn ASTM A240, các thử nghiệm ăn mòn như ASTM A262 về ăn mòn giữa các hạt và ASTM G48 về khả năng chống rỗ trong dung dịch clorua sắt được sử dụng để xác minh rằng vật liệu và quy trình hàn mang lại hiệu suất cần thiết.
Các yếu tố môi trường dẫn đến ăn mòn
Điều kiện dịch vụ thường chi phối kết quả. Hàm lượng clorua và oxy hòa tan kiểm soát sự tấn công rỗ và kẽ hở; nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng và có thể kích hoạt các cơ chế cụ thể; tốc độ dòng chảy ảnh hưởng đến cách hình thành màng bảo vệ và liệu sự tấn công do xói mòn-ăn mòn hoặc lắng đọng dưới mức có phát triển hay không; và pH quyết định cơ chế ăn mòn nào đang hoạt động. Trong dịch vụ chua ướt có chứa hydro sunfua, NACE MR0175 / ISO 15156 chi phối việc lựa chọn vật liệu và giới hạn thép carbon và thép hợp kim thấp ở độ cứng tối đa 22 HRC để giảm nguy cơ nứt do ứng suất sunfua. Trong trường hợp môi trường có tính axit mạnh hoặc oxy hóa mạnh, việc chuyển sang loại không gỉ austenit hoặc hợp kim cao hơn hoặc sang lớp lót phi kim loại, thường đáng tin cậy hơn so với việc cố gắng bảo vệ bề mặt thép cacbon.
Kiểm tra và cạm bẫy thực tế
Xác minh tính liên tục của lớp phủ và lớp lót, bao gồm cả vết cắt ở đầu ống và khu vực mối nối ngoài hiện trường, trước khi đường dây được chôn hoặc vận hành thử.
Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng chụp X quang hoặc kiểm tra siêu âm, với các tiêu chí chấp nhận được thỏa thuận giữa người mua và nhà sản xuất.
Xác nhận rằng kim loại phụ và quy trình hàn phù hợp với vật liệu cơ bản và môi trường sử dụng.
Chú ý đến khớp nối điện trong đó các bộ phận không gỉ hoặc được phủ được nối với thép cacbon trơn trong môi trường ẩm ướt.
Xác nhận rằng việc xử lý nhiệt sau hàn, nếu được yêu cầu đối với cấp độ và độ dày, đã thực sự được thực hiện và ghi lại.
Tránh tình trạng dòng chảy ứ đọng và đảm bảo thoát nước đầy đủ, vì chất lỏng chứa clorua ứ đọng là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây thủng sớm.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Việc thêm niken vào ống thép hàn có làm cho nó có khả năng kháng axit clohydric không?
Không. Niken cải thiện khả năng chống lại một số axit khử nhất định, nhưng axit clohydric đậm đặc tấn công thép không gỉ austenit cũng như thép cacbon. Dịch vụ như vậy yêu cầu vật liệu hợp kim cao hơn hoặc lớp lót phi kim loại được chọn cho phương tiện đó.
Hỏi: Crom có tác dụng gì đối với thép?
Crom tạo thành một màng oxit thụ động mỏng, tự sửa chữa trên bề mặt, làm cơ sở cho khả năng chống ăn mòn trong môi trường oxy hóa và khí quyển. Các loại không gỉ dựa vào hàm lượng crom tối thiểu để duy trì lớp màng này.
Hỏi: Tại sao đường hàn bị ăn mòn trước thân ống?
Bởi vì đường may có thể khác với kim loại cơ bản về thành phần và cấu trúc vi mô, và do sự thâm nhập không hoàn toàn hoặc thiếu sự kết hợp sẽ để lại các kẽ hở. Cả hai hiệu ứng đều tập trung tấn công vào một dải hẹp dọc theo mối hàn.
Hỏi: Ống hàn bằng thép carbon được bảo vệ như thế nào trong dịch vụ chôn lấp?
Thông thường là sự kết hợp của hệ thống lớp phủ bên ngoài, đôi khi là lớp lót bên trong và bảo vệ ca-tốt, với việc lựa chọn lớp phủ và chuẩn bị bề mặt được quy định theo tiêu chuẩn ngành đối với điều kiện đất đai và khí hậu.
Hỏi: Độ cứng có liên quan đến ăn mòn không?
Có, phục vụ chua ướt. Độ cứng cao ở mối hàn hoặc vùng chịu ảnh hưởng nhiệt khiến thép dễ bị nứt do ứng suất sunfua, đó là lý do tại sao NACE MR0175 / ISO 15156 đặt độ cứng tối đa 22 HRC cho thép cacbon và thép hợp kim thấp.
Hỏi: Những thử nghiệm nào xác minh khả năng chống ăn mòn của ống thép không gỉ hàn?
Thử nghiệm ăn mòn giữa các hạt theo tiêu chuẩn ASTM A262 và thử nghiệm ăn mòn rỗ theo tiêu chuẩn ASTM G48 thường được sử dụng cùng với việc đánh giá chất lượng mối hàn và, nếu có, mức cho phép ăn mòn hoặc tăng độ dày thành.
Hỏi: Tốc độ dòng chảy cao hơn có làm giảm sự ăn mòn không?
Ở một mức độ nhất định, nó ngăn cản sự lắng đọng và tình trạng ứ đọng, nhưng vận tốc quá mức sẽ loại bỏ các màng bảo vệ và gây ra xói mòn-ăn mòn. Mọi vật liệu và hệ thống lớp phủ đều có phạm vi vận tốc chấp nhận được cần được tôn trọng trong thiết kế.
