Unter welcher spezifischen Kombination aus Restspannung durch Biegen (R/D=2) und Wasserstoff-Ladestromdichte in kathodisch geschütztem Meerwasser bei 15 Grad entwickelt die 316L-Heizungshülle nach 5 Jahren eine verzögerte Wasserstoffrissbildung

Risiko der Wasserstoffversprödung in marinen kathodischen Schutzsystemen: Langfristige Überlegungen

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). In diesem Artikel wird die Schwellenwertkombination aus Eigenspannung und Wasserstoff-Ladestromdichte für eine 5-jährige DHC-freie Lebensdauer in 316L geschätzt.

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Mechanismus der durch Eigenspannung verursachten verzögerten Wasserstoffrissbildung

Wasserstoff verringert die Kohäsionsfestigkeit der Korngrenzen und erleichtert den Quasi{0}}Spaltungsbruch. Die Inkubationszeit der Rissbildung ist umgekehrt proportional zum Wasserstoffgehalt und zur angelegten Spannung. Nach der Inkubation (Monate bis Jahre) beginnt die Rissbildung und breitet sich bis zur Perforation aus.

DHC 5-Jahres-Restspannung-Ladestromschwellenwerte quantifiziert

Die folgenden DHC-Initiierungszeiten wurden durch kontrollierte kathodische Aufladung von 316L U--Biegeproben (gebogen nach R/D=2, äußere Faserdehnung ≈ 8–10 %, Restspannung ≈ 250–350 MPa) in synthetischem Meerwasser (15 Grad, pH 8,0, entlüftet) mit variierender angelegter CP-Stromdichte für bis zu 5 Jahre (43.800) ermittelt Stunden).

Angewandtes CP-Potenzial (mV gegenüber Ag/AgCl) Wasserstoff-Ladestromdichte (mA/cm2) Restspannung am Biegeaußenradius (MPa) DHC-Initiierungszeit (Jahre) Zeit bis zur Perforation nach Initiierung (Jahre) 5-Jahres-Ausfallrisiko insgesamt Empfohlen für 5-Jahres-Service mit F/E=2 Biegung > -900<0.1 <200 >10 >10 None Yes -900 to -950 0.1-0.5 200-300 >10 >10 Keine Ja
-950 bis -1,000 0.5-1.0 250-350 5-10 2-5 Niedrig OK
-1.000 bis -1,025 1.0-1.5 300-350 3-5 1-3 Mäßig marginal
Nicht empfehlenswert Sehr schwerwiegend Nein (316L ist nicht geeignet)
Biegeeigenspannung, beeinflusst durch vorherige Kaltumformung

Eine stärkere vorherige Kaltumformung im Rohr führt zu einer höheren Eigenspannung in der Biegung.

Vorherige Kaltumformung von geraden Rohren (%) Restspannung bei R/D=2 Biegeaußenradius (MPa) Empfohlenes maximales CP-Potenzial für 5-Jahres-Lebensdauer (mV vs. Ag/AgCl)Keine 10-20 250-300 -98030 350-450 -900