خوردگی HIC

خوردگی HIC

تست  HIC  یا Hydrogen Induced Cracking ، به معنای ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن است و یک روش آزمایش برای ارزیابی حساسیت مواد، به‌ویژه فولادها، به ترک‌خوردگی در اثر نفوذ هیدروژن در محیط‌های خورنده است. این تست بیشتر برای بررسی مقاومت فولادهای مورد استفاده در محیط‌های حاوی سولفید هیدروژن (H₂S) به کار می‌رود.

چرا تست HIC اهمیت دارد؟

در محیط‌هایی که گاز H₂S وجود دارد، نفوذ هیدروژن به داخل فلز می‌تواند باعث کاهش چقرمگی و ایجاد ترک‌های داخلی بدون وجود تنش خارجی شود. این پدیده در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و محیط‌های دریایی اهمیت زیادی دارد، زیرا ترک‌های ناشی از هیدروژن می‌توانند به شکست ناگهانی و فاجعه‌بار سازه‌ها منجر شوند.

مکانیزم ترک‌خوردگی HIC:

1. انتشار H₂S در محیط خورنده: H₂S در محیط‌های خورنده به سطح فلز حمله می‌کند.
2. تشکیل هیدروژن اتمی: H₂S سطح فلز تجزیه شده و هیدروژن اتمی آزاد می‌کند.
3. نفوذ هیدروژن اتمی: هیدروژن اتمی به داخل ساختار فلز نفوذ می‌کند.
4. تشکیل ترک‌های داخلی:  هیدروژن در محل‌های حساس مانند مرز دانه‌ها تجمع یافته و باعث ایجاد ترک‌های داخلی می‌شود.

روش انجام تست HIC:

تست HIC طبق استانداردهای خاصی مانند NACE TM0284  انجام می‌شود. مراحل اصلی عبارتند از:

1. تهیه نمونه:
• نمونه معمولاً به شکل مستطیل با ابعاد مشخص بریده می‌شود.
• سطح نمونه‌ها پولیش شده و تمیز می‌شود.
2. غوطه‌وری در محلول خورنده:
• نمونه‌ها در یک محلول خورنده استاندارد مانند محلول (H₂S) قرار می‌گیرند.
3. مدت زمان آزمایش:
• نمونه‌ها به مدت مشخصی (معمولاً 96 ساعت) در محلول باقی می‌مانند.
4. ارزیابی ترک‌ها:
• نمونه‌ها از محلول خارج شده و با استفاده از روش‌های غیرمخرب (مانند اولتراسونیک) یا برش مقاطع عرضی و بررسی زیر میکروسکوپ بررسی می‌شوند.
• پارامترهایی مانند CR (Crack Ratio)  یا نسبت ترک‌ها اندازه‌گیری می‌شود.

عوامل مؤثر بر ترک‌خوردگی HIC:

1. ترکیب شیمیایی فولاد:
• وجود ناخالصی‌هایی مانند گوگرد و فسفر، مقاومت را کاهش می‌دهد.
• فولادهای با گوگرد کمتر و کربن پایین مقاومت بیشتری دارند.
2. ساختار متالورژیکی:
• ساختار دانه‌ای و وجود فازهای ناخواسته می‌تواند حساسیت را افزایش دهد.
3. محیط خورنده:
• غلظت H₂S، PH  و دمای محیط می‌توانند بر شدت ترک‌خوردگی تأثیر بگذارند.
4. میزان هیدروژن:
• غلظت هیدروژن اتمی در محیط یک عامل کلیدی است.

کاربردهای تست   HIC:

• صنعت نفت و گاز: ارزیابی مقاومت لوله‌ها، مخازن و تجهیزات حفاری در برابر محیط‌های حاوی H₂S.
• پالایشگاه‌ها: بررسی دوام تجهیزات در محیط‌های فرآیندی اسیدی و خورنده.
• صنایع شیمیایی: اطمینان از مقاومت مواد در تماس با گازهای خورنده.

استانداردهای مرتبط:

• NACE TM0284: روش استاندارد تست HIC.
• API 5L: برای  لوله‌های خطی مقاوم به H₂S.
•  ISO 15156: برای استفاده از مواد مقاوم در محیط‌های حاوی H₂S.

راه‌های پیشگیری از HIC:

1. انتخاب مواد مقاوم:
• استفاده از فولادهای کم‌کربن با گوگرد و فسفر پایین.
• استفاده از فولادهای آلیاژی مقاوم به ترک‌خوردگی.
2. کنترل محیط:
• کاهش غلظت H₂S یا استفاده از بازدارنده‌های خوردگی.
• تنظیم pH محیط به شرایط کم‌تر خورنده.
3. پوشش‌دهی:
• اعمال پوشش‌های مقاوم به نفوذ هیدروژن.
4. فرآیندهای حرارتی:
• حذف تنش‌های داخلی از طریق آنیل کردن.

چگونه می‌توان از ترک ناشی از هیدروژن (HIC) جلوگیری کرد؟

برای جلوگیری از ترک ناشی از هیدروژن، باید از تماس فلز با هر منبع هیدروژن اتمی اجتناب شود. مدیریت شرایط محیطی در محیط‌های بالقوه خورنده ضروری است تا از تشکیل یون‌های هیدروژن بر سطح فلز جلوگیری شود.

• نظارت دقیق بر فرآیندهای اسیدشویی و حفاظت کاتدی تضمین می‌کند که هیدروژن در سطح قطعه نفوذ نمی‌کند.
• در عملیات جوشکاری، جذب مقداری هیدروژن ممکن است اجتناب‌ناپذیر باشد. برای محدود کردن جذب هیدروژن، باید از تشکیل ریزساختارهای بسیار سخت اجتناب کرد و هیدروژن باید قبل از رسیدن قطعه به دماهای بحرانی پایین خارج شود.
• در برخی فرآیندها که جذب هیدروژن قابل اجتناب نیست، می‌توان از روش حرارتی موسوم به "بیکینگ" استفاده کرد. بیکینگ به هیدروژن اجازه می‌دهد قبل از قرار گرفتن در دماهای پایین، از قطعه خارج شود.

همچنین می‌توان از موادی استفاده کرد که حساسیت کمتری به تردی هیدروژنی دارند. برای مثال، استاندارد ISO 15156 برای موادی که در محیط‌های حاوی سولفید هیدروژن مورد استفاده قرار می‌گیرند، محدودیت‌هایی برای سختی مشخص کرده است.