عنوان پایان‌نامه
اثر هم افزایی رفتگی - خوردگی در فولادیهای خطوط انتقال نفت
- رشته تحصیلی
- مهندسی متالورژی و مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1372;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81818;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1372;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81818
- تاریخ دفاع
- ۱۰ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- امیر پاشا
- استاد راهنما
- حمیدرضا قاسمی منفردراد
- چکیده
- هدف این تحقیق بررسی مکانیزم رفتگی-خوردگی و تاثیر متقابل پدیده‌های سایش رفتگی و خوردگی الکتروشیمیایی در میزان تخریب دو آلیاژ پرکاربرد صنایع نفت و گاز، فولاد کربنی API 5L X- 65 و فولاد زنگ‌نزن سوپر داپلکس UNS S32750 بود. جهت انجام آزمون‌های رفتگی-خوردگی دستگاه جت برخوردی طراحی و ساخته شد. آزمون‌ها در محلول 5/3 درصد NaCl حاوی ذرات ماسه SiO2 با اندازه متوسط µm 315 انجام شد. آزمون‌ها در سرعت‌های برخورد 4، 6/5 و m/s 9، زوایای برخورد °90-°20 و در غلظت ماسه g/l 60 در شرایط رفتگی-خوردگی و رفتگی خالص انجام شد. رفتار خوردگی دو آلیاژ حین رفتگی-خوردگی با استفاده از روش‌های پلاریزاسیون تافل، پلاریزاسیون سیکلی و نویز الکتروشیمیایی بررسی شد. پارامترهای هم‌افزایی بین رفتگی و خوردگی در این پژوهش محاسبه شد. سطوح رفتگی و رفتگی-خوردگی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل حین رفتگی-خوردگی نشان داد، نرخ خوردگی فولادهای زنگ‌نزن و کربنی نسبت به حالت ساکن در اثر برخورد ذرات سیلیس افزایش می‌یابد. این افزایش به ترتیب حدود 1800 برابر برای فولاد زنگ‌نزن و فقط 10 برابر برای فولاد کربنی بود. افزایش شدید نرخ خوردگی حین رفتگی فولاد زنگ‌نزن به تخریب لایه روئین به دلیل برخورد ذرات ماسه نسبت داده شد. همچنین نتایج نشان داد هر چند کمینه نرخ رفتگی-خوردگی در زاویه برخورد °90 رخ داده است اما نرخ خوردگی حین رفتگی-خوردگی در سرعت‌های مختلف آزمون رفتگی-خوردگی در این زاویه بیشینه مقدار خود را دارد. این موضوع به افزایش فرکانس برخورد، افزایش انرژی انتقال یافته از ذرات به سطح و در نتیجه کارسختی بالاتر سطح تحت زاویه °90 نسبت داده شد. نتایج آزمون پلاریزاسیون سیکلی حین رفتگی-خوردگی در شرایط مختلف نشان داد که مانند حالت ساکن فولاد کربنی با داشتن هیسترزیس مثبت مستعد به حفره‌زایی و فولاد زنگ‌نزن با داشتن هیسترزیس منفی مصون از حفره‌زایی است. بررسی سطوح نمونه‌ها بعد از آزمایش رفتگی-خوردگی نشان داد که روی سطح فولاد زنگ‌نزن در هیچکدام از شرایط آزمون، محصولات خوردگی یا حفره‌های ناشی از خوردگی دیده نمی‌شود. برای فولاد کربنی در سرعت m/s 5/6، با تغییر زاویه برخورد علامت هم‌افزایی تغییر می‌یافت. این امر نشان دهنده ایجاد یک لایه تریبو-خوردگی با قابلیت حفاظت از سطح در برابر رفتگی-خوردگی در زوایای °55 و °75 بود. روی سطح نمونه‌های فولاد کربنی در شرایط مختلف آزمون رفتگی-خوردگی که میزان هم‌افزایی مثبت بود، حفره‌های ناشی از خوردگی در زیر محصولات خوردگی مشاهده شد. به نظر می‌رسد یکی از مهمترین دلایل افزایش رفتگی به دلیل خوردگی به وجود آمدن این حفرات باشد. نتایج آزمون‌های رفتگی-خوردگی نشان داد با افزایش سرعت و در نتیجه افزایش انرژی و فرکانس برخورد، نرخ رفتگی، رفتگی-خوردگی و خوردگی افزایش می‌یابد. در این پژوهش امکان حذف عامل خورنده در فرآیند رفتگی-خوردگی با افزودن ماده اکسیژن‌زدا نیز بررسی شد. نتایج آزمون‌ها نشان داد که برای فولاد کربنی می‌توان به جای استفاده از حفاظت کاتدی با حذف اکسیژن، عامل خورنده حین رفتگی-خوردگی را از حذف نمود. در صورتی که این امر برای فولاد زنگ‌نزن صادق نیست. نتایج بررسی‌های انجام شده روی نمودارهای نویز و چگالی طیف توانی جریان حاصل از آزمون‌های نویز الکتروشیمیایی حین رفتگی-خوردگی در غلظت ماسه g/l 10 نشان داد که فولاد کربنی نسبت به فولاد زنگ‌نزن به خوردگی‌های موضعی مستعد‌تر است. آنالیز موجک انجام شده روی داده‌های نویز جریان نشان داد که رخ‌دادهای با فرکانس بالا رخ‌دادهای غالب حین رفتگی-خوردگی است. همچنین آنالیز موجک نشان داد که شرایط خوردگی حین رفتگی-خوردگی تحت کنترل سینتیک اکتیواسیون است.
- Abstract
- In this research interaction of two destructive phenomena, i.e., erosion and corrosion were investigated on two widely used alloys, i.e., API 5L X-65 carbon steel and UNS S32750 superduplex stainless steel, in the oil and gas industries. A jet slurry device was designed and built to perform erosion-corrosion tests. The slurry contained 60 g/l SiO2 particles with average size of 315 µm in 3.5 wt% NaCl solution. The jet velocities were adjusted to 4, 6.5 and 9 m/s. The impingement angle varied from 20° to 90°. Tafel polarization, cyclic polarization and electrochemical noise techniques were used to study the corrosion behavior of the alloys during erosion-corrosion conditions. The synergy parameters were then calculated. Scanning Electron Microscope was used to investigate the eroded surfaces. The results obtained by Tafel polarization showed that the impingement of sand particles resulted in a high increase in the corrosion current density of the alloys during erosion–corrosion as compared with a stagnant condition. For example, the corrosion current densities of carbon steel and stainless steel during the erosion–corrosion test at a jet velocity of 4 m s-1 under an impingement angle of 90° were about 10 and 1800 times of their values in the stagnant condition, respectively. The higher multifold increase in the corrosion current density of stainless steel due to the particle impingement could be attributed to the local breakdown of the passive layer by particle impacts. The results also showed a minimum erosion-corrosion rate and a maximum corrosion rate at a normal impingement angle at various impingement velocities. This could be related to the high sand impact frequency and higher energy transfer from the impacted sand to the surface at the normal impact angle. The results of the cyclic polarization during erosion-corrosion and stagnant condition showed a positive hysteresis which was interpreted as susceptibility of carbon steel to pitting corrosion. The cyclic polarisation curve of superduplex stainless steel showed a negative hysteresis loop and a low risk of pitting initiation and propagation, which was also confirmed by SEM observations of the eroded surfaces. At an impingement velocity of 6.5 m/s a negative synergy was obtained at impingement angles of 55° and 75° due to the formation of a protective tribo-corrosion layer on the eroded surface of carbon steel during erosion-corrosion. The formation of corrosion pits, which acted as stress concentration sites, was the main reason of large positive synergy and corrosion enhanced erosion rates at other velocities and impingement angles. The results showed that the erosion, erosion-corrosion and corrosion rate of both materials increased as the jet velocity was increased. This could be related to the higher energy and frequency of the impacted particles at higher jet velocities. The possibility to eliminate corrosion by using an oxygen scavenger was also studied. The results showed the use of oxygen scavenger instead of cathodic protection only resulted in the elimination of corrosion in the carbon steel, however, increased the corrosion rate in the stainless steel. The electrochemical noise during erosion-corrosion and related current power spectral density (PSD) analysis showed that the carbon steel was more susceptible to pitting corrosion than stainless steel. The results of wavelet analysis showed that during the erosion-corrosion high frequency events were dominant and the process was controlled by activation polarization. Keywords: Erosion-corrosion; UNS S32750 stainless steel; API 5L X-65; Synergy; Impingement velocity and angle; Electrochemical noise.
