ریزساختار و خوردگی گالوانیکی قطعات جوشکاری شده غیر مشابه بین فولاد زنگ نزن دوفازی UNS 31803 و فولاد X80

Microstrcture and Galvanic corrosion of Dissimilar Weldment between Duplex Stainless Steel UNS 31803 and X80 Steel

چکیده

میدان گازی kela-2 تامین کننده اصلی خطوط لوله گاز شرق- غرب است که در سراسر چین با طول ۴۰۰۰ کیلومتر اجرا می­شود. گاز طبیعی kela-2 شامل اجزای ترش CO_۲/H_۲S و ۱۰ درصد آب است که این شرایط، محیط موجود را بسیار خورنده می سازد. به منظور جلوگیری از انهدام ناشی از خوردگی خطوط لوله فولاد زنگ نزن دوفازی
(DSS) UNS S31803 ، برای انتقال گاز از میدان گازی به مرکز جمع آوری و فراوری در کارخانه ابداع  شد. و این اولین باری است که لوله های DSS با طول نهایی ۱۳ کیلومتر به صورت گسترده در خطوط نفت و گاز در سراسر جهان استفاده شده است.

شناخته شده است که لوله های DSS UNS S31803 و خطوط لوله ی X80 ، بین خطوط جمع آوری و خطوط لوله اصلی به یکدیگر جوش داده می شوند. جوشکاری فولاد زنگ نزن دوفازی UNS S31803 و فولاد X80 توسط روش جوشکاری فلز -گاز خنثی (MIG) و با پرکننده ER2209 انجام میشود و اتصال بدست آمده دارای خواص مکانیکی خوبی است. مرز نوع دوم در نزدیکی مرز ذوب در طرف فولاد کربنی توسط SEM مشاهده می شود. گرادیان غلظتی آشکاری از نیکل و کروم در منطقه بین دو مرز مشاهده شد که در آن سختی بسیار بالاتر بود. فلز جوش با فریت های ستونی و پلی­گونال، دارای روئینیگی خوبی در برابر محلول آزمایش است. منطقه متاثر از حرارت (HAZ)  طرف فلز پایه X80 عمدتا به صورت بینیت ریز، برخی فریت پلی گونال و مقدار کمی مارتنزیت است و فلز پایه (BM) X80 در شرایط نورد قرار دارد که ریزساختار آن مشابه با منطقه متاثر از حرارت X80 است، اما اندازه دانه های آن به ۱۱/۶ می رسد. مقاومت به خوردگی آنها تفاوتی باهم ندارد، اما پتانسیل خوردگی HAZ X80 در حدود ۵۰mv بالاتر از BM X80 است و نرخ خوردگی HAZ X80 اغلب بالاتر از BM X80 است. همچنین نمودارهای پتانسیل مناطق مختلف فلز جوش در محلول ۳/۵NaCl% و محلول NaCl %3/5 اشباع شده با CO_۲ مورد مطالعه قرار گرفت. رفتار خوردگی گالوانیکی فلز جوش و فولاد X80 نیز مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آن به صورت زیر است:

واکنش کاتدی توسط نفوذ اکسیژن کنترل می شود، و هنگامی که نسبت سطح  S=A_c /A_{a (}که A_c سطح فلز جوش DSS و A_a سطح فلز پایه X80 است) افزایش می یابد، جریان خوردگی X80 سریعا زیاد می شود که به آن قانون “gathering” می گویند. در جوشکاری فولاد زنگ نزن وقتی که فلز جوش و فولاد X80 به هم متصل هستند، کاتد دارای پتانسیل پلاریزاسیون بالاتری است و کاملا حفاظت می شود.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Kela-2 Gas Field is the main supply for the West-East Gas Pipeline which runs across China with length of 4000 kilometers. Natural gas from Kela-2 contains CO_۲/H_۲S sour components and 10% condensation water, which makes the medium present very strong corrosivity. In avoidance of corrosion failure, DSS UNS S31803 line pipes were introduced to transmit the gas from the Gas Field to gathering center and processing factory. And it is the first time DSS pipes which is totally about 13km were widely used  in oil and gas pipeline around the world.

As it is known, DSS UNS S31803 pipes and traditional linepipes X80 were welded together between the gathering lines and mainline. Duplex stainless steel (DSS) UNS S31803 and X80 were welded by metal inertia gas welding (MIG) with consumable ER2209, and the joints take on good mechanical properties. The type Ⅱ boundary close to the fusion boundary at the carbon steel side was observed by SEM. Obvious concentration gradient of Ni and Cr was observed in the region between the two boundaries, where the hardness was much higher. The weld metal with columnar and some polygonal ferrites take on good passivation against test solution. The heat affected zone beside the X80 base material is mostly granular bainite, some polygonal ferrites and few MA, X80 base material present obvious rolling state, the microstructure of which is the same to X80 heat affected zone, but the level of crystal size reach to 11.6. The corrosion behavior of them dosen’t have any difference, but the corrosion potential of X80 HAZ is much higher than X80 BM, about 50 mv, the corrosion rate of X80 HAZ is also much higher than X80 base material. Potential curves of different weldment regions were also studied in 3.5% NaCl solution and 3.5% NaCl solution with saturated CO_۲. Galvanic corrosion behavior of weld metal and X80 steel was also tested and the conclusion is :

The cathode reaction is controlled by oxygen diffusion,

         and when area ratio S ( S A A=_c /    _a , A_c is the area of

DSS WM，A_a is the area of X80 BM )increases, corrosion current of X80 is enhanced rapidly, which is called “gathering principle”. When the weld metal and X80 coupled , cathode has much higher polarization potential and is protected completely.