수소유기균열(HIC) 메커니즘 및 HIC 내성 강재

이것이 중요한 이유

수소유기균열(HIC)은 탄소강 배관 및 압력용기 서비스에서 가장 파괴적이고 가장 눈에 띄지 않는 파손 모드 중 하나입니다. 외부 하중 없이 발생하며, 수성 H2S 부식에 의해 생성된 원자 수소가 강재 내부로 확산되어 내부 개재물이나 띠상 미세조직에서 재결합하여 내부 균열을 형성합니다. HIC가 발견될 때쯤이면 장비는 일반적으로 수리할 수 없습니다.

이 가이드는 메커니즘, 표준 시험 방법(NACE TM0284), 대부분의 프로젝트에서 사용하는 합격 기준, 그리고 파이프 및 피팅 발주서에 HIC 내성 조항을 작성하는 방법을 설명합니다.

주요 기술적 사실

메커니즘

1. 강재 표면에서의 수성 H2S 부식이 원자 수소를 방출합니다.
2. 황화물 이온이 표면에서 수소 재결합을 차단하여 수소 원자를 강재 내부로 확산시킵니다.
3. 강재 내부에서 수소 원자는 MnS 개재물, 띠상 페라이트-펄라이트 또는 기타 불연속부에 모여 H2 가스로 재결합하여 높은 내부 압력을 생성합니다.
4. 이 압력은 외부 하중 없이 전파되는 내부 계단형 또는 평면 균열을 형성합니다.

시험 방법(NACE TM0284)

NACE TM0284는 시험편을 H2S 포화 시험 용액에 96시간 동안 침지하도록 규정합니다. 일반적으로 두 가지 용액이 사용됩니다:

• 용액 A: NACE 산성 염수(심각한 서비스).
• 용액 B: 합성 해수(덜 심각함).

노출 후 시험편을 절단하고 금속학적으로 검사합니다. 시험편당 세 개의 지수가 보고되고 시험편별로 평균을 냅니다:

• CLR - 균열 길이 비율.
• CTR - 균열 두께 비율.
• CSR - 균열 민감도 비율.

합격 기준

NACE TM0284 자체에는 합격 기준이 포함되어 있지 않습니다. 대부분의 프로젝트는 NACE MR0175 / ISO 15156 Part 2 및 EFC 16의 일반적인 업계 기준을 채택합니다:

• CLR 15% 이하.
• CTR 5% 이하.
• CSR 2% 이하(일반적으로).

프로젝트 사양은 이를 강화할 수 있습니다(예: CLR 10% 또는 6% 이하). 항상 데이터 시트를 읽으십시오.

결정 매트릭스: HIC 내성 재료 선택

HIC 내성을 위한 주요 야금적 수단:

• 황 함량을 매우 낮게 유지(종종 0.003% 미만).
• 칼슘 처리로 황화물 개재물 구형화.
• 가속 냉각 또는 노멀라이징을 통한 띠상 미세조직 제한.
• 인 및 불순물 원소 엄격 제어.

산성 서비스용 이음매 없는 맞대기 용접 파이프 피팅 및 단조 플랜지의 경우 HIC 시험된 모재를 지정하고 시험 조건이 라인 파이프 사양과 일치하는지 확인하십시오.

일반적인 조달 실수

1. 용액 없이 HIC 시험 지정. 용액 A와 용액 B는 다른 결과를 제공합니다. 발주서에 어떤 용액인지 명시해야 합니다.
2. 모든 히트를 포함하는 단일 시험 보고서 수락. 대부분의 프로젝트에서 HIC 시험은 히트별로 수행됩니다.
3. HIC와 SSC 혼동. 황화물 응력 균열(SSC)은 다른 메커니즘이며 NACE MR0175에 따라 경도 관리로 규제됩니다.
4. 파이프가 HIC 시험되었다고 피팅에 대한 HIC 시험 생략. 피팅은 다른 단조 공정을 거치므로 별도로 지정하십시오.
5. CLR / CTR 한계 이완. 시간이 지남에 따라 합격 기준이 점진적으로 완화되면 서비스 마진이 감소합니다.

구매자 체크리스트

• 발주서에 시험 용액(A 또는 B)과 합격 기준(CLR, CTR, CSR)을 정의하십시오.
• 히트당 HIC 시험 보고서를 요구하고 시험편당 세 개의 단면을 요구하십시오.
• 이음매 없는 맞대기 용접 파이프 피팅, 파이프 벤드 및 단조 플랜지의 경우 HIC 시험 조건 및 NACE MR0175에 따른 일치하는 경도 상한을 지정하십시오.
• 산성 서비스 프로젝트 실적에 대한 인증서를 교차 확인하십시오.
• HIC 내성 재료 문의는 H2S 분압, 염화물 함량, pH 및 온도와 함께 문의 페이지를 통해 보내주십시오.

출처

• https://farsi.msrpco.com/wp-content/uploads/2019/10/standard-nace-tm0284.pdf
• https://ogcenergy.com/faqwd/what-is-nace-mr0175-acceptance-criteria-for-hic-nace-tm0284/
• https://epcland.com/hydrogen-induced-cracking-hic-mechanism/