Fisurarea hidrogenului în conductele de oțel pentru transportul gazelor naturale care conțin hidrogen sulfurat este în general atribuită prezenței incluziunilor de sulfură, în principal MnS, extrase în timpul laminării metalului. În general, fisurarea hidrogenului din conductele de oțel depinde de o serie de factori structurali ai metalului, de lichidarea fosforului și de alte elemente. Ca parte a obiectivelor acestui capitol, vom lua în considerare rolul MnS, căruia i se atribuie încă unul dintre rolurile determinante în dezvoltarea fisurării cu hidrogen.
În metalul turnat, sulfura și sulfoxizii MnS au formă globulară fațetată, uneori sub formă de eutectic ramificat care cristalizează prin mecanism cooperativ. În funcție de o serie de motive, incluziunile cu conținut de sulf din metalul laminat deformat pentru conductele de gazoducte (oleoducte) pot avea o formă alungită sau ușor deformată, astfel încât raportul dintre lungimea incluziunii și lățimea acesteia în reziduu este mai apropiat de unitate. În acest sens, proprietățile mecanice ale MnS pur și ale impurităților la temperatură sunt de interes < 1000 °С.
Pulberea de MnS obținută prin reducerea M nS04 a fost topită la 1700 °C într-un creuzet de grafit. MnS topit a fost turnat într-o matriță. Au fost efectuate încercări de încovoiere în trei puncte și teste de microduritate pe epruvete compuse atât din pulbere MnS pură, cât și dintr-un amestec de pulbere MnS + ≤ 5 % Al2O3 (precum și SiO2, MnO, CaO, CaS și FeS). Determinarea proprietăților mecanice ale probelor a fost efectuată în intervalul de la temperatura camerei la 1000 °C. S-a constatat că probele de MnS pur la temperatura camerei aveau o duritate de 180 HV, iar la 1000 °C de 10 HV, adică aceeași ca a incluziunilor de MnS în oțel. Cea mai mare întărire a probelor a fost obținută cu adaosuri de CaO și CaS. Valoarea nominală pentru probele de MnS pur a scăzut de la 90 MPa la temperatura camerei la 20 MPa la 1000 °C.
Influența compoziției oțelului Mn, Si, P, S, V, Nb, Cu (la σ0,2 1200- 1900 MPa) și presiunea H2(0,03-0,22 MPa) prin factorii de intensitate a tensiunilor de prag Kth în mediu cu hidrogen și K7 în aer la temperatura camerei de testare a compoziției oțelului 4320, %: C 0,36-0,39; Mn 0,007-0,72; Si 0,002-0,32; P 0,003-0,016; Ni 1,72- 1,84; Cr 0,73-0,89; Mo 0,22-0,3. Probele au fost supuse austenitizării la 850 °C timp de 1 h, călirii în ulei și revenirii la 100-525 °C (1 h). Se arată că nivelul valorilor Kth sunt strâns legate de concentrația volumică de mangan, siliciu, sulf și fosfor și de proporția de fractură intergranulară a oțelului. Influența prezenței comune a sulfului, fosforului și manganului sub formă de MnS asupra creșterii vitezei de coroziune a metalelor în H2SO4 și a activității hidrogenului în acesta a fost confirmată experimental în lucrare.
Autorii lucrării au studiat comportamentul incluziunilor eutectice de sulfură de mangan la compresiunea și tensiunea probelor de oțel pentru șine St NB-57 în vid în intervalul 25- 1200 °С. S-a confirmat că la 1050 și 1020 °С incluziunile se topesc, ceea ce cauzează roșeața oțelului.
Există mai multe metode de testare a oțelului pentru fisurarea cu hidrogen (hidrogen sulfurat). În această lucrare, testele au fost efectuate prin metoda de control cu ultrasunete (USC), menținând produsele laminate timp de 200 h într-o soluție care conține 0,5 % acid acetic și 5 % NaCl, saturată cu H2S. Se propune următoarea compoziție pentru testarea oțelului pentru fisurarea hidrogenului sulfurat: 20-50 g acid formic (HCOCH); 60- 140 g acid formic sodic (HCOONa); până la 1 dm 3 de apă, hidrogen sulfurat — până la saturație. Compoziția specificată a soluției permite testarea oțelurilor pentru echipamentele care funcționează în câmpurile de gaze (petrol) cu cea mai mare presiune parțială de H2S.
Cercetătorii japonezi au rezolvat problema suprimării fisurării hidrogenului în oțelurile utilizate pentru conductele de gaz prin controlul segregării impurităților și al dimensiunii incluziunilor de MnS. Ei au studiat efectul dimensiunii incluziunilor plate (alungite) de MnS, precum și efectul fosforului asupra apariției fisurilor cauzate de bulele de hidrogen. Autorii lucrării, măsurând presiunea critică a hidrogenului corespunzătoare fisurării, au calculat K1CH la nivel micro. S-a constatat că dimensiunea prag a incluziunilor plate de MnS este de 10-20 μm. S-a constatat că, pentru a exclude nuclearea nucleului de fisurare a hidrogenului de la o singură incluziune MnS (în mediu: soluție saturată de H2S, prezența unei soluții de acid acetic 0,5 % și apă de mare), rezistența la fractură K1CH= 71 N — m m-3/2 , conținutul trebuie să fie ≤ 0,035 %, duritatea oțelului 230 HV. Deoarece incluziunile de MnS pot fi localizate în grupuri, autorii au determinat condițiile care împiedică dezvoltarea fisurării cu hidrogen de la un grup de MnS cu lățimea de 0,5 mm după formarea unui nucleu de fisurare cu hidrogen. S-a dovedit că tenacitatea la fisurare ar trebui să fie K1CH = 355 N — m m-3/2 , conținutul de fosfor din jurul clusterului de sulfură de mangan este ≤ 0,02 %. Pentru a reduce rata de creștere a fisurilor în oțelurile pentru reactoare care lucrează sub presiune, în medii care favorizează creșterea ciclică a fisurilor, este necesar să se controleze morfologia incluziunilor de MnS și conținutul de sulf din oțel. Conținutul de sulf în oțel< 0,01 %, круглая их форма и малый размер включений эффективно снижают скорость роста трещины и влияния среды.
