Petrol ve doğalgaz boru hattı çeliklerinin hidrojen nedenli çatlama davranışı
Hydrogen induced cracking behaviour of steels in natural gas and oil pipelines
Yazar: ABDULKADİR UYSAL
Danışman: PROF. DR. NURHAN CANSEVER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada sulu H2S içeren asidik servis şartlarına maruz kalan yüksek mukavemetli düşük alaşımlı hat borusu çelikleri ve onların kaynaklı birleşmelerinde meydana gelen hidrojen nedenli çatlama (HIC) davranışları üzerinde çalışılmıştır. bu kapsamda yapılan deneysel çalışmalarda doğal gaz ve petrol boru hatlarının maruz kaldığı asidik ortamı temsil etmek amacıyla NACE TM0284 standart deney çözeltisi kullanılmıştır.Bu amaçla yapılan deneylerde, doğal gaz ve petrol boru hatlarında kullanılan API 5L X60, X65 ve X70 çelikleri ile onların fabrikasyon (tozaltı ark ve elektrik direnç kaynaklı) ve saha (lazer ve elektrik ark) kaynaklı uygulamalarının asidik ortamlardaki davranışları iki farklı yöntemle belirlenmiştir.Birinci yöntemde, gerilmesiz test numuneleri standart deney çözeltisine maruz bırakılarak sonuçları incelenmiştir. İkinci yöntemde ise borulardan alınan kaynaklı numuneler deney çözeltisine maruz bırakıldıktan sonra, oda sıcaklığında çekme, eğme ve sertlik testleri gibi API 5L'de tanımlanan bir dizi mekanik testlere tabi tutulmuştur. Farklı kaynak yöntemleri ile kaynaklı numuneler üzerinde yapılan incelemeler sonucunda, gerilme uygulanmamış numunelerin yalnız ana malzeme bölgesinde HIC çatlamaları tespit edilirken, ikinci yöntem izlenerek yapılan mekanik testler sonucunda ise kaynaklı numunelerin ısı tesiri altındaki bölgeden (ITAB) ve kaynak bölgesinden çatladıkları veya koptukları görülmüştür.Sonuç olarak; çözeltiden malzeme içerisine absorbe olan ve yapıda bulunan metalurjik hatalarda (segregasyon, inklüzyon vb.) tuzaklanan hidrojenin, gerilmesiz deney numunelerin ana malzemelerinde dekohezyon mekanizması yoluyla HIC çatlamasına, gerilme uygulanan kaynaklı numunelerde ise plastisite mekanizması yoluyla gerilmenin yoğunlaştığı ITAB ve kaynak bölgesine taşınması sonucunda gerilmeli hidrojen çatlamasının bir türevi olan gerilme yönlenmeli hidrojen nedenli çatlamasına (SOHIC) neden olduğu değerlendirilmiştir.

Abstract:
This study concentrates on hydrogen induced cracking (HIC) beaviour of high strength low alloy (HSLA) pipeline steels and their weldments which are subjected to sour service conditions containing wet H2S. The testing environment in NACE TM0284 standard is taken as a basis to represent the acidic environment encountered by natural gas and oil pipelines.In the experimental studies carried out for this purpose, the behaviours of API 5L pipeline steels that were fabrication welded (i.e. submerged arc welding and electric resistance welding) and girth wekled (laser and shielded metal electric arc) in sour service environments including wet H2S have been determined with two methods.In the first method, unstressed test specimens have been exposed to standard test solution and than evaluated. Secondly, welded test specimens taken from the pipes were subjected to series of mechanical tests such as tensile, bend, and hardness tests specified in API 5L after that were exposedto standard test solution. As a result of investigations of welded specimens with different welding methods, welded specimens tested by second method has been shown that failures existed in heat affected zone (HAZ) and weld metal zone whereas hydrogen induced cracks (HIC) has been found in material zone of unstressed specimens only.Consequently, it has been evaluated that trapping of hydrogen which was absorbed from solution into the material in discontinuities (i.e. segregations, inclusions) of the metal structure resulted in hydrogen induced cracking in the material zone of unstressed specimen by decohesion mechanism and stress oriented hydrogen induced cracking as an another form of hydrogen stress cracking in welded specimens that were subjected to stresses due to transportation of hydrogen into the intensive stress zones such as HAZ and welding zone by hydrohen enhanced local plasticity (HELP) mechanism.