Sous quelle combinaison spécifique de contrainte résiduelle due à la flexion (R/D=2) et de densité de courant de charge d'hydrogène dans l'eau de mer protégée cathodiquement à 15 degrés la gaine chauffante 316L développe-t-elle une fissuration retardée de l'hydrogène après 5 ans

Risque de fragilisation par l'hydrogène dans les systèmes de protection cathodique marine : considérations à long terme-

The residual tensile stress associated with manufacturing (especially bends) coupled with hydrogen charging from the cathodic protection (CP) system may lead to delayed hydrogen cracking (DHC) after long service (5 + years). 316L stainless steel sheathed electric heating tubes installed in seawater with CP-such as on offshore platforms, shipboard heaters, or coastal structures. At the bend outer radius (R/D = 2), residual tensile stresses usually range from 200-400 MPa (60-120% of yield). Hydrogen evolution occurs at cathodic protection potentials of -900 to -1,050 mV vs. Ag/AgCl. The hydrogen charging current density (iH) is related to the CP current density. No DHC occurs after 5 years at a critical i H of around 0.5-1.0 mA/cm 2 (CP potential of about -950 to -1,000 mV at 15°C). CP ≈ -1,000 to -1,050 mV) after 3-5 years. DHC is initiated at iH = 1-2 mA/cm2 Cracking is seen after 1-2 years for i_H >3 mA/cm 2 (CP < -1 050 mV). Cet article estime la combinaison seuil de contrainte résiduelle et de densité de courant de charge d'hydrogène pour une durée de vie de 5 ans sans DHC dans le 316L.

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Mécanisme de craquage retardé de l'hydrogène induit par une contrainte résiduelle

L'hydrogène diminue la force de cohésion des joints de grains et facilite la fracture par quasi-clivage. La période d'incubation de l'initiation des fissures est inversement proportionnelle à la teneur en hydrogène et à la contrainte appliquée. Après l'incubation (des mois ou des années), la fissure apparaît et se propage jusqu'à la perforation.

Contrainte résiduelle DHC sur 5 ans-Seuils de courant de charge quantifiés

Les temps d'initiation DHC suivants ont été déterminés à partir d'un chargement cathodique contrôlé d'échantillons de 316L en U- (courbés pour R/D=2, déformation des fibres externes ≈ 8-10 %, contrainte résiduelle ≈ 250-350 MPa) dans de l'eau de mer synthétique (15 degrés, pH 8,0, désaérée) avec une densité de courant CP appliquée variable pendant jusqu'à 5 ans (43 800 heures).

Potentiel CP appliqué (mV par rapport à Ag/AgCl) Densité de courant de charge d'hydrogène (mA/cm2) Contrainte résiduelle au rayon extérieur de courbure (MPa) Temps d'initiation du DHC (années) Temps jusqu'à la perforation après l'initiation (années) Risque de défaillance sur 5 ans Total recommandé pour un service de 5 ans avec R/D=2 Courbe > -900<0.1 <200 >10 >10 None Yes -900 to -950 0.1-0.5 200-300 >10 >10 Aucun Oui
-950 à -1,000 0.5-1.0 250-350 5-10 2-5 Faible OK
-1 000 à -1,025 1.0-1.5 300-350 3-5 1-3 Marginal modéré
Déconseillé Très sévère Non (le 316L ne convient pas)
Contrainte résiduelle de flexion affectée par un travail à froid antérieur

Un travail à froid plus important dans le tube entraîne une contrainte résiduelle plus importante lors de la flexion.

Travail à froid antérieur de tubes droits (%) Contrainte résiduelle à la R/D=2 Rayon extérieur de courbure (MPa) Potentiel CP maximal recommandé pour une durée de vie de 5 ans (mV par rapport à Ag/AgCl) Aucun 10-20 250-300 -98030 350-450 -900