Đường ống dẫn khí hydro: Hàn, thép không gỉ austenit tương đương cacbon và siêu bền

🟦 1) Hàn là yếu tố thiết yếu trong chế tạo đường ống dẫn khí hydro áp suất cao. Trong luyện kim thép cacbon thông thường, cacbon và mangan là những nguyên tố chính góp phần tạo nên độ bền cần thiết. Tuy nhiên, các nguyên tố khác như crom, molypden, niken và đồng làm tăng đáng kể các đặc tính này.

Vấn đề chính là khi mức độ các nguyên tố hợp kim tăng lên, khả năng tôi luyện cũng tăng lên, làm tăng nguy cơ hình thành martensit chưa tôi cứng và giòn sau khi hàn đường ống dẫn khí hydro. Điều này có thể dẫn đến các vết nứt nhỏ và tăng khả năng xảy ra các cơ chế hỏng hóc liên quan đến hydro.

🟦 2) Carbon tương đương (CE)
Một phương pháp kiểm soát là hạn chế tính chất hóa học của đường ống hydro hoặc thép thành phần bằng cách sử dụng phương pháp tương đương carbon.

Công thức carbon tương đương (CE) được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là:

CE = %C+ %Mn/6 + (%Cr + %Mo + %V)/5 + (%Ni + %Cu)/15

Trong các tài liệu tham khảo cũ hơn, CE tối đa 0,55 được coi là giới hạn đối với các loại thép như API 5L X52 khi sử dụng trong dịch vụ hydro. Gần đây hơn, CE tối đa 0,43 đã được thiết lập là giới hạn cho phép đối với đường ống.

🟦 3) Thép hợp kim siêu nhỏ
Có thể sử dụng các công thức tương đương carbon thay thế khi xem xét các loại thép hợp kim siêu nhỏ mới hơn có hàm lượng carbon thấp. Đối với thép có hàm lượng cacbon thấp hoặc hàm lượng cacbon tương đương 0,12% trở xuống, thông số thành phần Pcm đã được chứng minh là chỉ báo hiệu quả hơn về khả năng nứt. Thông số này, do Ito-Bessyo phát triển, được định nghĩa như sau:

Pcm=%C + (%Mn + %Si + %Cu + %Co)/20 + %Ni/60 + %Mo/15 + %V/10 + 5 %B

Giới hạn tối đa có thể chấp nhận được là 0,20%.

🟦 4) Độ cứng vùng chịu nhiệt của mối hàn (HAZ)
Cải thiện các biện pháp kiểm soát đối với quy trình hàn và vùng chịu nhiệt (HAZ) có thể giúp loại bỏ hoặc giảm sự hiện diện của martensit cứng, giòn, chưa tôi. Quy trình hàn và trình độ của thợ hàn phải được quản lý để đảm bảo độ cứng thích hợp trong mối hàn và vùng chịu nhiệt.

Giới hạn độ cứng phổ biến nhất là Rockwell C 22, tương đương với Vickers 248. Thông thường, các mẫu hàn được lắp đặt được đánh giá bằng các kỹ thuật thử độ cứng vi mô. Giới hạn độ cứng này áp dụng cho kim loại gốc của đường ống được sử dụng trong dịch vụ khí chua và cũng liên quan đến dịch vụ hydro.

🟦 5) Thép không gỉ austenit siêu bền
Thép không gỉ austenit vượt trội về độ bền và khả năng chống chịu với tác hại của môi trường, đặc biệt là trong các cơ chế hydro.

Các loại 201, 301, 302, 304, 304L và 321 chứa austenit siêu bền có thể chuyển thành martensite khi chịu ứng suất, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp hơn.

Mặc dù thép austenit siêu bền thường không gây ra vấn đề nghiêm trọng nào ở áp suất hydro thấp, nhưng chúng có thể trở thành vấn đề ở áp suất cao. Hãy chọn các loại có độ ổn định austenit tốt hơn, như 316 hoặc 316L để giải quyết vấn đề này.

Nguồn: EIGA Doc 121 Hệ thống đường ống hydro

Bài đăng này chỉ nhằm mục đích giáo dục.