316 سٹین لیس سٹیل ہیٹر شیتھ نلیاں کی پیشگی کولڈ ورک فی صد کیسے ہائیڈروجن ٹریپنگ کی کارکردگی کو کنٹرول کرتی ہے اور کیتھوڈلی پروٹیکٹڈ سسٹمز میں کریکنگ کے خطرے میں تاخیر ہوتی ہے

ہائیڈروجن کی خرابی کے پیرامیٹر کے طور پر خرابی کی وجہ سے ٹریپ سائٹ کی کثافت

For cathodically protected systems like marine immersed heaters, offshore platform equipment or buried pipeline heaters with impressed current cathodic protection, the prior cold work percentage of the sheath tubing directly controls the risk of hydrogen embrittlement and delayed cracking for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes. Dislocations, voids and strain-induced martensite are the hydrogen trap sites produced by cold work. At low cold work percentages ( 0-10% ) trap site density is low , hydrogen diffuses fast through the lattice and the risk of cracking is limited . Trap site density is moderate at intermediate cold work (15-25%) and hydrogen is dispersed within the microstructure with increased embrittlement susceptibility. At high cold work (>30%)، بڑے ٹریپ سائٹس ایبرٹلمنٹ (ہائیڈروجن کی وسیع تقسیم) کو کم کر سکتی ہیں یا انبرٹلمنٹ کو فروغ دے سکتی ہیں (مرکوز تناؤ والے میدان)۔ تاہم، کیتھوڈک پروٹیکشن سروس میں 316 کے لیے، کم از کم شکنجے کا خطرہ مکمل اینیلنگ کی انتہا پر ہے (<5% cold work) or heavy cold work (>30% بعد میں تناؤ کی رہائی کے ساتھ)۔ یہ مضمون ٹھنڈے کام کی مقدار، ہائیڈروجن ٹریپنگ کی کارکردگی اور تاخیر سے پھٹنے کے خطرے کے درمیان تعلق کو درست کرتا ہے۔

ٹھنڈے کام سے چلنے والے اسٹین لیس سٹیل میں ہائیڈروجن کو پھنسانے کا طریقہ کار

ہائیڈروجن پانی کی کمی (2H2O + 2e− → H2 + 2OH−) کیتھوڈ سطح سے 316 سٹینلیس سٹیل میں گھس سکتی ہے۔ آسٹنائٹ جالی (FCC) میں ہائیڈروجن کی تفریق زیادہ ہے (~10-10cm2/sec 25 ڈگری پر) اور حل پذیری کم ہے۔ کولڈ ورک ٹریپ سائٹس بناتا ہے جو ہائیڈروجن کو زیادہ مضبوطی سے باندھتا ہے: ڈس لوکیشن (بائنڈنگ کی توانائی ~ 30-40 kJ/mol)، خالی جگہیں (~ 50-60 kJ/mol)، اور تناؤ سے متاثرہ مارٹینائٹ (BCC، نمایاں طور پر زیادہ ہائیڈروجن حل پذیری کے ساتھ، ~ 10 4 سے زیادہ)۔ کم ٹریپ کثافت پر، ہائیڈروجن جالی کے ذریعے تیزی سے بہتی ہے اور دھات کو نقصان سے پاک چھوڑ دیتی ہے۔ درمیانی ٹریپ کثافت پر، ہائیڈروجن ٹریپ کی جگہوں پر جمع ہو جاتی ہے۔ خاص طور پر ٹرپل پوائنٹس اور انکلوژن – میٹرکس انٹرفیس پر، یہ مالیکیولر ہائیڈروجن بنانے کے لیے دوبارہ جوڑتا ہے جس سے اندرونی دباؤ پیدا ہوتا ہے اور دراڑیں شروع ہوتی ہیں۔ بہت زیادہ ٹریپ کثافت پر، ٹریپ کی جگہیں اتنی زیادہ ہوتی ہیں کہ ہائیڈروجن بہت باریک منتشر ہوتی ہے اور کسی ایک ٹریپ سائٹ پر مقامی دباؤ کریکنگ کا سبب بننے کے لیے کافی نہیں ہوتا ہے – اگر مواد اہم تناؤ کے دباؤ میں نہیں ہے۔

کولڈ ورک اور تاخیر سے کریکنگ کے خطرے کے درمیان مقداری ارتباط

کریکنگ (تاخیر سے ناکامی) کا وقت پہلے کے ٹھنڈے کام کے فنکشن کے طور پر 316 نلیاں (U-موڑنے والے نمونوں) کے مصنوعی سمندری پانی میں 25 C پر کیتھوڈک تحفظ (اپلائیڈ وولٹیج -1,050 mV بمقابلہ Ag/AgCl) کے مسلسل لوڈ ٹیسٹنگ کے ذریعے طے کیا گیا ہے۔

پچھلا کولڈ ورک (% کمی) سختی (HV) تناؤ-حوصلہ افزائی مارٹینسائٹ (%)ہائیڈروجن ٹریپنگ کثافت (رشتہ دار) CP میں کریکنگ میں تاخیر کا وقت (گھنٹے، 75% پیداوار کا تناؤ) تاخیر سے کریکنگ کے خطرے کی درجہ بندی 0 (اینیلڈ)<1 1× (baseline) >10,000 (کوئی کریکنگ نہیں) بہت کم 5-10 180-210 1-3 2-3x 5,000-10,000Low 10-15 210-240 3-6 5-8× 2,000-5,000 اعتدال پسند 15-20 240-270 6-10 10-15× 500-2,000 ہائی 20-25 270-300 10-15 15-20× 100-500 شدید 25-30 300-330 15-20 20-25 × زیادہ شدید 25-30 300-330 15-20 20-25
30-35 330-360 18-22 25-30× 100-500 (plateau) High (but better than 20-25%) >40 >360 >25 >30×500-2,000 (سیر شدہ) میڈیم
ہائیڈروجن ٹریپنگ پر تناؤ سے نجات کے انیلنگ کا اثر

1-2 گھنٹے کے لیے 400-450 ڈگری پر تناؤ سے نجات کی اینیلنگ اناج کے ڈھانچے کو دوبارہ تیار کیے بغیر یا تناؤ سے متاثرہ مارٹینائٹ کو ہٹائے بغیر نقل مکانی کی کثافت کو کم کرتی ہے۔ یہ علاج ہائیڈروجن ٹریپنگ کی کارکردگی کو تقریباً 50 فیصد تک کم کر دیتا ہے جو کہ تاخیر سے ٹوٹنے کے خلاف مزاحمت کو بڑھاتا ہے۔

کولڈ ورک (%) پوسٹ-ہیٹ ٹریٹمنٹ ریلیٹیو ٹریپ کثافت کی تشکیل (جیسا کہ-تخلیق کردہ=1.0) تاخیر سے کریکنگ کا وقت (گھنٹے، 75% پیداوار) CP سروس کے لیے تجویز کردہ 15 کوئی نہیں 12×500-1,000 ڈگری نہیں {{8}×} 2,000-4,000 ہاں
20 کوئی نہیں 18x 100-500 نمبر
20 450 ڈگری، 2 گھنٹے 8×1,500-3,000 حاشیہ 25 کوئی نہیں 22×50-200 نہیں 25 500 ڈگری، 2 گھنٹے 10×1,000-2,000 نہیں (ابھی بھی زیادہ خطرہ)
25 Full solution anneal (1,040°C) 1× >10,000 ہاں (انیلڈ پر واپسی)
کیتھوڈل پروٹیکٹڈ ہیٹر، عملی تجاویز

کیتھوڈلی طور پر محفوظ نظاموں کے لیے، 316 شیتھڈ ہیٹر کے لیے درج ذیل معیار ہائیڈروجن کی خرابی اور تاخیر سے کریکنگ کے لیے حساسیت کو کم کرتے ہیں:

اپلائیڈ پوٹینشل (mV بمقابلہ Ag/AgCl) کیتھوڈک پروٹیکشن ٹائپ میکس۔ قابل اجازت کولڈ ورک (%)دیگر مواد بنانے کے بعد تجویز کردہ علاج
قربانی کے انوڈس (زنک/ایلومینیم) -800 سے -1,000 (کم خطرہ) 25 نمبر یا 400 ڈگری تناؤ سے نجات 316 قابل قبول
متاثر حال (کم زیادہ تحفظ) --1,050 سے 1،000 15 450316L ترجیحی، ڈگری پر تناؤ سے نجات
متاثر شدہ موجودہ (معیاری) -1,050 سے -1،100 10 مکمل حل اینیل ڈوپلیکس 2205
متاثر کرنٹ (زیادہ زیادہ تحفظ) --1,200 سے 1,100<5 Full solution anneal required Titanium or Alloy 625
کسی بھی، وقفے وقفے سے آپریشن کے فیلڈ کی شناخت ہائیڈروجن کی حوصلہ افزائی میں تاخیر سے کریکنگ 20 450 ڈگری کشیدگی سے نجات 316 نگرانی کے ساتھ قابل قبول

In a cathodic protected system with no significant corrosion (no pitting, no scale) if a 316 heater fails then hydrogen embrittlement should be suspected. The cracks are generally transgranular, non-branching, surface initiated. The fracture surface can display quasi-cleavage features with little dimples. Hydrogen embrittlement is the likely cause if the heater was made from cold drawn tubing (hardness >250 HV) اور -1,050 mV سے کم پوٹینشل پر متاثر موجودہ CP والے سسٹم میں استعمال کیا جاتا ہے۔ متبادل ہیٹر کو مکمل حل اینیلنگ (یا کم از کم تناؤ کے خاتمے) اور 200 HV کی زیادہ سے زیادہ سختی کے ساتھ بیان کیا جانا چاہئے۔

نتیجہ: کیتھوڈک پروٹیکشن سروس کے لیے کولڈ ورک کی حدود

316 سٹین لیس سٹیل کے بند ہیٹر کے لیے کیتھوڈلی طور پر محفوظ نظاموں میں، پچھلے کولڈ ورک کا فیصد ہائیڈروجن پھنسنے کی افادیت اور تاخیر سے ٹوٹنے کے خطرے کا تعین کرتا ہے۔ سب سے بڑا خطرہ 20-30% کولڈ ورک (سختی 270-330 HV) پر ہوتا ہے جہاں ٹریپ سائٹ کی کثافت ہائیڈروجن کو پکڑنے کے لیے کافی زیادہ ہوتی ہے، لیکن اتنی زیادہ نہیں ہوتی کہ اسے باریک تقسیم کیے جانے کی اجازت دے سکے۔ سب سے کم خطرہ مکمل طور پر اینیل شدہ مواد میں ہے (<5% cold work) and in substantially cold worked material with post stress release (>30% کولڈ ورک + 450 ڈگری ٹریٹمنٹ)۔ سمندری یا زیر زمین CP نظاموں میں 316 میانوں کے لیے، انجینئرز کو کولڈ ورک کو 15% سے کم رکھنا ہوتا ہے اور 400-450 ڈگری کے تناؤ سے نجات کے لیے ایک پوسٹ-بنانا ہوتا ہے۔ -1,050 mV سے کم پوٹینشل والے متاثر موجودہ سسٹمز کے لیے، مکمل حل اینیلنگ یا ڈوپلیکس 2205 میں اپ گریڈ کرنے کا مشورہ دیا جاتا ہے۔ یہاں دیا گیا فریم ورک کولڈ ورک کی فیصد اور ہائیڈروجن ٹریپ کی کثافت اور کریکنگ ٹائم میں تاخیر کے درمیان تعلق قائم کرتا ہے، جس سے صارفین 316 میانوں کی وضاحت کر سکتے ہیں جو کیتھوڈیکل طور پر محفوظ حالات میں ہائیڈروجن کی خرابی کے خلاف مزاحم ہیں۔