HYDROGEN INDUCED CRACKING BEHAVIOR OF HSLA API X65 CARBON STEEL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master Thesis) Master Thesis_ESZ_Approved.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 11 January 2025. Download (5MB)

Arabic Abstract

التكسير الناجم عن الهيدروجين هو أحد آليات الضرر السائدة التي تؤثر على سلامة خطوط الأنابيب التي تنقل منتجات النفط والغاز. الممارسة الصناعية الحالية هي استخدام مواد مقاومة هيك كخط دفاع أول. ومع ذلك ، مواد المقاومة هيك ليست محصنة تماما من الهيدروجين الناجم عن تكسير. وبناء على ذلك ، أنشأت الرابطة الوطنية لمهندسي التآكل (نيس) طريقة اختبار (طريقة اختبار نيس 0284) لتقييم حساسية هيك. يتم تنفيذ طريقة الاختبار هذه على المواد الخام التي هي لوحات أو لفائف وكخط أنابيب. في بعض الحالات ، فشل الأنابيب اختبار هيك في حين أن لوحات أو لفائف تمرير اختبار هيك. ويركز هذا البحث على التحقيق في سلوك هيك من هيك مقاومة لساو أبي 65 عينات أنابيب الصلب. تم إجراء البحث على جزأين رئيسيين يشملان طريقة اختبار نيس 0284 في الظروف الملحومة والمعالجة بالحرارة وشحن الهيدروجين الكهروكيميائي ، والذي يجب أن يوضح تأثير شحن الهيدروجين على الخواص الميكانيكية لمواد الأنابيب. بعد ذلك ، تم قياس حجم الحبوب ومحتويات التضمين للتحقيق في تأثير المعالجة الحرارية ومعالجة المواد الخام. تم تقييم أسطح الكسر باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني وتحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة. تشير نتائج اختبار هيك إلى أن العينات المعالجة حراريا اجتازت اختبار هيك بينما واجهت عينات هيك غير المعالجة حراريا إخفاقات في اختبار هيك. ويمكن تسليط الضوء على أن فشل اختبار هيك واجه دائما في المنطقة الملحومة التي المشار إليها هنا كما درجة الصفر. فشل هيك واجه في المعادن الأساسية المجاورة للحام والحرارة المناطق المتضررة المناطق بسبب وجود شوائب في المعادن والضغوط المتبقية الصغيرة وضعت خلال تشكيل الأنابيب وعمليات اللحام. ونسبت جميع حالات الفشل في هيك إلى شوائب كروية أسفرت عن شكل العلاج كا أجريت أثناء عملية الصب من ألواح الصلب. لم يكن هناك وجود لشوائب كبريتيد المنغنيز الممدودة والتي تعرف باسم موقع مصيدة الهيدروجين وبدء الكراك. وكشف البحث أن العلاج كا لوحات الترمس الميكانيكية مع محتوى الكبريت منخفضة جدا هي المسؤولة عن تطوير إدراج كروي ، أساسا تساو ، مما أدى إلى فشل هيك اللاحقة لعمليات تصنيع الأنابيب. أظهرت تجربة شحن الهيدروجين الكهروكيميائية على عينات الشد أن تعرض العينة لتقصف الهيدروجين الذي غير الخواص الميكانيكية. كل من الكهروكيميائية الهيدروجين شحن التجربة و نيس تم 0284 يتضح نتائج اختبار الشد متطابقة.

English Abstract

Hydrogen Induced Cracking (HIC) is one of the predominant damage mechanisms that affect the integrity of pipelines that transport oil and gas products. The current industrial practice is to utilize HIC resistance materials as a first line of defense. However, HIC resistance materials are not fully immune of Hydrogen Induced Cracking. Accordingly, National Association of Corrosion Engineers (NACE) has established a test method (NACE Test Method 0284) to evaluate the HIC susceptibility. This test method is performed on the raw materials which are plates or coils and as a pipeline. In some circumstances, the pipe fails the HIC testing whereas the plates or coils pass the HIC testing. This research focuses on investigating the HIC behavior of HIC resistant LSAW API X65 pipeline steel samples. The research was conducted on two main parts which include NACE Test Method 0284 in as welded and heat treated conditions and Electrochemical Hydrogen Charging, which shall demonstrate the effect of hydrogen charging on the mechanical properties of the piping materials. Then, the grain size and inclusion contents were measured to investigate the impact of heat treatment and raw material processing. The fracture surfaces were evaluated using Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive X-Ray Analysis. The HIC testing results indicate that the heat treated specimens passed the HIC testing while the non-heat treated HIC samples encountered failures in HIC testing. It can be highlighted that the failure of HIC testing is always encountered in the welded area which referenced here as zero degree. The HIC failure encountered in base metal adjacent to the weld and Heat affected zones areas due to the presence of inclusions in the metal and micro-residual stresses developed during pipe forming and welding processes. All failures in HIC were attributed to globular inclusions resulted form Ca treatment conducted during casting process of steel plates. There was no presence of elongated manganese sulfide inclusions which are known as hydrogen trap site and HIC crack initiation. The research revealed that Ca treatment for thermos-mechanical plates with ultra-low sulfur content is responsible for development of globular inclusion, mainly CaO, resulting in HIC failure subsequent to pipe manufacturing processes. The electrochemical hydrogen charging experiment on tensile specimens demonstrated that the sample exposure to hydrogen embrittlement that altered the mechanical properties. Both electrochemical hydrogen charging experiment and NACE TM 0284 illustrated identical tensile testing results.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research > Petroleum Research > Corrosion Mechanical
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Toor, Ihsan
Committee Members:	AlZahrani, Atif and Abdelsamie, Maged
Depositing User:	EISSA ALZAHRANI (g202007320)
Date Deposited:	15 Jan 2024 06:23
Last Modified:	15 Jan 2024 06:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142783