EVALUATION OF THE POST-WELDING HEAT TREATMENT EFFECT ON COMPATIBILITY WITH HYDROGEN
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-11-35-44Keywords:
large diameter pipes, post-welding heat treatment, hydrogen embrittlement, slow strain rate test, stress intensity coefficient in the hydrogen environment, X65, diffusion hydrogen, hydrogen trapsAbstract
The article covers effect of post-weld heat treatment (PWHT) on the properties of thermo-mechanically treated (TMT) pipeline steel in interaction with hydrogen gas. The object of the study were specimens of the base metal and longitudinal welded joints of X65 large diameter pipes in the initial state (after TMT) and after PWHT. Tests in the hydrogen environment showed that PWHT conducted under ASME B 31.12 modes leads to a decrease in the plastic properties of X65 pipe steel when exposed to hydrogen gas, which is due to the fact that PWHT contributes to a significant increase in the number of hydrogen traps and concentration in the surface layer. Microstructure of the specimens after PWHT is characterized by a significant amount of highly dispersed precipitates, presumably carbides, which can act as low-energy hydrogen traps, increasing the amount of diffusionally mobile hydrogen and contributing to its movement into crack development zones. The specimens with PWHT showed a significant change in fracture pattern after hydrogen testing, indicating the embrittlement effect of hydrogen: multiple laminations, cracks, fracture consists mainly of quasi-cleavage facets. Thus, the post-welding heat treatment of X65 steel leads to a significant increase in the negative effect of hydrogen on steel: embrittlement of heat-treated steel when exposed to hydrogen gas is observed. Since the post-welding heat treatment negatively affects compatibility of X65 steel with hydrogen gas, PWHT may be cancelled in accordance with GR-3.7.1 of ASME B 31.12.
References
Ишков А., Нестеров Н., Романов К. и др. Риски использования газотранспортной системы для водород-ной энергетики // Энергетическая политика. 2024. № 3. С. 56–68. DOI: 10.46920/2409‑5516_2024_2193_56.
ASME B 31.12: 2019. Hydrogen piping and pipelines. — URL: https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/b31-12-hydrogen-piping-pipelines (дата обращения: 26.06.2024).
IGC Doc 121: 2014. Hydrogen pipeline systems. — URL: https://eiga.eu›ct_documents/doc121-pdf/ (дата обращения: 26.06.2024).
Пашков Ю. И., Иванов М. А., Губайдулин Р. Г. Остаточные сварочные напряжения и пути снижения стресс-коррозионных разрушений магистральных газопроводов // Вестник Южно-Уральского государ-ственного университета. Серия «Металлургия». 2012. № 15. С. 28–30.
Выбойщик Л. М., Сопин Н. Л., Колосовский М. И. и др. Влияние послесварочной термообработки на трещиностойкость сварных нефтепромысловых труб. — URL: https://vosafety.ru/en/publikatsii/vliyanie-poslesvarochnoj-termicheskoj-obrabotki-na-treshhinostojkost-svarnyh-neftepromyslovyh-trub/?ysclid=m16dx7 rcsw26003160 (дата обращения: 26.06.2024).
Куркин А. С., Королев С. А., Пономарев П. А. Обоснование исключения послесварочной термической обработки кольцевых стыков магистральных газопроводов с толщиной стенки свыше 30 мм из стали К65 // Наука и образование. 2013. № 5. С. 61–74. DOI: 10.7463/0513.0552162.
Худяков А. О. Повышение эксплуатационных свойств сварных соединений высокопрочных толстостен-ных прямошовных труб большого диаметра: дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2020. — 152 с.
Пумпянский Д. А., Пышминцев И. Ю., Хаткевич В. М., Худнев А. А. Водородное охрупчивание трубных сталей // Металлы. 2023. № 3. С. 36–46. DOI: 10.31857/S0869573323030059.
Пышминцев И. Ю., Гизатуллин А. Б., Девятерикова Н. А. и др. Предварительная оценка возможности ис-пользования труб большого диаметра из стали Х52 для транспортировки чистого газообразного водо-рода под давлением // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 1. С. 35–42. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-35-42.
Девятерикова Н. А., Лаев К. А., Цветков А. С., Дагаев С. Е. Краткая характеристика методов оценки сов-местимости сталей марок Х52 и Х70 с водородом и результаты испытаний ТБД // Черные металлы. 2024. № 2. С. 32–38. DOI: 10.17580/chm.2024.02.06.
Hydrogen certified pipes. A new era for hydrogen transportation. Athens. 2020. — URL: https://www.cpw.gr/userfiles/35139e87-7c73-4e25-b508-a42500e476ab/H2-CPW-newsletter-final.pdf (дата обращения: 26.06.2024).
ASTM G148-97(2018). Standard Practice for Evaluation of Hydrogen Uptake, Permeation, and Transport in Metals by an Electrochemical Technique. — URL: https://www.astm.org/standards/g148 (дата обращения: 26.06.2024).
ГОСТ Р 9.915–2010. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы, сплавы, покрытия, из-делия. Методы испытаний на водородное охрупчивание. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200082842 (дата обращения: 26.06.2024).
Briottet L., Moro I., Lemoine P. Quantifying the hydrogen embrittlement of pipeline steels forsafety considera-tions // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. V. 37. Р. 17611–17623. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.05.143.
Ronevich J. A., Song E. J., Somerday B. P., San Marchi C. W. Hydrogen-assisted fracture resistance of pipelin-ewelds in gaseous hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. Р. 7601–7614. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.11.239.
Olden V., Alvaro A., Akselsen O. M. Hydrogen diffusion and hydrogen influenced critical stress intensity in an API X70 pipeline steel welded joint – Experiments and FE simulations // International Journal of Hydrogen En-ergy. 2012. V. 37. Р. 11474–11486. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.05.005.
Skjellerudsveen M., Akselsen O. M., Olden V. etc. Effect of Microstructure and Temperature on Hydrogen Dif-fusion and Trapping in X70 grade Pipeline Steel and its Weldments. — URL: https://ntnuopen.ntnu.no/ntnu-xmlui/bitstream/handle/11250/241468/506329_FULLTEXT01.pdf?sequence=1&isAllowed=y (дата обраще-ния: 26.06.2024).
Колачев Б. А. Водородная хрупкость металлов. — М.: Металлургия, 1985. — 215 с.
Сергеев Н. Н., Кутепов С. Н. О взаимодействии водорода с дефектами кристаллической решетки в ме-таллах и сплавах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 4. С. 131–141.
Кутепов C. Н., Гвоздев А. Е., Кузовлева О. В., Клементьев Д. С. О поведении водорода в металлических сплавах // Чебышевский сборник. 2022. Т. 23. № 5. C. 241–257. DOI: 10.22405/2226-8383-2022-23-5-241-257.
Haq A. J., Muzaka K., Dunne D. P. etc. Effect of microstructure and composition on hydrogen permeation in X70 pipeline steels // International Journal of Hydrogen Energy. 2013. V. 38. № 5. Р. 2544–2556. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.11.127.
Gaude D. Effect of microstructure and trap typology on hydrogen redistribution in steel // Metal. 2013. V. 5. Р. 15–17.
Фарбер В. М., Хотинов В. А., Беликов С. В. и др. Расщепления в сталях, испытавших контролируемую прокатку и последующее ускоренное охлаждение // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 4. С. 422–436.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
