HYDROGEN EMBRITTLEMENT OF PIPE STEELS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A review of literature data on the interaction of hydrogen with metallic materials is presented. The main damage processes such as high-temperature hydrogen corrosion and hydrogen embrittlement (HE) are reviewed. The most common mechanisms of HE are described. The well-known regularities and issues of the influence of the chemical composition, structure, hydrogen concentration, temperature and strain rate on the development of HE are generalized, and the results of our own studies of the effect of hydrogen on the mechanical properties of pipe steels are presented.

About the authors

D. A Pumpyanskiy

Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia

Email: khatkevichvm@tmk-group.com

I. Yu Pyshmintsev

LLC "TMK Scientific and Technical Center", Moscow, Russia

Email: khatkevichvm@tmk-group.com

V. M Khatkevich

LLC "TMK Scientific and Technical Center", Moscow, Russia

Email: khatkevichvm@tmk-group.com

A. A Khudnev

LLC "TMK Scientific and Technical Center", Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: khatkevichvm@tmk-group.com

References

  1. Bhadeshia, H. Prevention of hydrogen embrittlement in steels / H. Bhadeshia // Mater. Sci. Metallurgy. 2016. V.56(1). P.24-36.
  2. Johnson, W. On some remarkable changes produced in iron and steel by the action of hydrogen and acids / W. Johnson // Proceedings of the Royal Soc. London. 1874. V.23. P.169-178.
  3. Мороз, Л.С. Водородная хрупкость металлов / Л.С. Мороз, Б.Б. Чечулин. - М.: Металлургия, 1967. 256 с.
  4. Колачев, Б.А. Водородная хрупкость металлов / Б.А. Колачев. - М.: Металлургия, 1985. 245 с.
  5. Гельд, П.В. Водород в металлах и сплавах / П.В. Гельд, Р.А. Рябов. - М.: Металлургия, 1974. 272 с.
  6. ASM: handbook. - Ohio: ASM Int. 2003. V13A, Corrosion: Fundamentals, Testing and Protection. 1135 p.
  7. Janiche, W. Werkstoffkunde Stahl / W. Janiche, W. Dahl, H.-F. Klarner, W. Pitsch, D. Schauwinhold, W. Schluter, H. Schmitz. - Dusseldorf: Springer-Verlag, 1985. Band 2. Anwendung. 398 s.
  8. Nelson, G.A. // Transactions of Amer. Soc. Mechan. Eng. 1959. V.73. P.205-219.
  9. Steels for hydrogen service at elevated temperatures and pressures in petroleum refineries and petrochemical plants // API Recommended Practice 941. 2016. 8th ed.
  10. Beachem, C.D. A new model for hydrogen assisted cracking (hydrogen embrittlement) / C.D. Beachem // Metall. Trans. 1972. V.3A. P.437-451.
  11. Pfeil, L.B. The effect of occluded hydrogen on the tensile strength of iron / L.B. Pfeil // Proceedings of the Royal Soc. of London. Series A. Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 1926. V.112(760). P.182-195.
  12. Djukic, M.B. The synergistic action and interplay of hydrogen embrittlement mechanisms in steels and iron: Localized plasticity and decohesion / M.B. Djukic, G.M. Bakic, V.S. Zeravcic [et al.] // Eng. Fracture Mechanics. 2019. V.216. Art.106528.
  13. Graville, B.A. Effect of temperature and strain rate on hydrogen embrittlement of steel / B.A. Graville, R.G. Baker, F. Watkinson // British Welding J. 1967. V.14(6). June.
  14. Пумпянский, Д.А. Особенности деформационного упрочнения стали 09Г2С при повышенных температурах / Д.А. Пумпянский, И.Ю. Пышминцев, А.Н. Мальцева, В.М. Хаткевич, А.М. Арсенкин // Металлы. 2021. №5. С.102-108.
  15. D. A. Pumpyanskiy, I. Yu. Pyshmintcev, A. N. Maltseva, V. M. Khatkevich, A. M. Arsenkin, "Strain Hardening of 09G2S Steel at Elevated Temperatures".Russian Metallurgy (Metally). 2021. №9. P.1128-1134.
  16. Han, G. Effect of strain-induced martensite on hydrogen environment embrittlement of sensitized austenitic stainless steels at low temperatures / G. Han, J. He, S. Fukuyama, K. Yokogawa // Acta Materialia. 1998. V.46. №13. P.4559-4570.
  17. Hirayama, T. [S.n.] / T. Hirayama, M. Ogirima //j. Jpn. Inst. Met. 1970. V.34. P.507-510.
  18. Omura, T. Effect of surface hydrogen concentration on hydrogen embrittlement properties of stainless steels and Ni based alloys / T. Omura, J. Nakamura, H. Hirata, K. Jotoku, M. Ueyama, T. Osuki [et al.] // ISIJ Intern. 2016. V.56. P.405-412.
  19. Пумпянский, Д.А. Особенности фазовых превращений в сталях мартенситного класса для высокопрочных коррозионностойких труб нефтяного сортамента / Д.А. Пумпянский, И.Ю. Пышминцев, С.М. Битюков, Е.С. Алиева, А.А. Гусев, С.Б. Михайлов, М.Л. Лобанов // Металлург. 2021. №11. С.35-42.
  20. Briottet, L. Study of the hydrogen embrittlement sensitivity of an X4CrNiMo16.5.1 stainless steel and the associated electron beam weld / L. Briottet, S. Ringeval, S. Tiebaut [et al.] // Proc. ASME Pressure Vessels & Piping Conference (Boston, 2015.). - [S.l.]: PVP, 2015. Art.45283.
  21. Lianga, X.Z. Hydrogen embrittlement in super duplex stainless steels / X.Z. Lianga, G.-H. Zhao, M.F. Dodge, T.L. Lee [et al.] // Acta Materialia. 2019. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3446899.
  22. Nanninga, N.E.Comparison of hydrogen embrittlement in three pipeline steels in high pressure gaseous hydrogen environments / N.E. Nanninga, Y.S. Levy, E.S. Drexler // Corrosion Science. 2012. V.59. P.1-9.
  23. Jewett, R.P. Hydrogen environment embrittlement of metals, prepared by rocketdyne, division of North American Rockwell, Canoga Park, CA for National Aeronautics and Space Administration Washington, DC / R.P. Jewett, R.J. Walter, W.T. Chandler, R.P. Frohmberg // NASA Contractor Report NASA CR-2163. 1973.
  24. Lam, P.S. Literature survey of gaseous hydrogen effects on the mechanical properties of carbon and low alloyed steels / P.S. Lam, R.L. Sindelar, T.M. Adams // ASME Pressure Vessels and Piping Division Conf. 2007. Paper 26730.
  25. Moody, N.R. Hydrogen effects on material behavior / N.R. Moody, A. W. Thompson [eds.] // Warrendale, PA. The Minerals, Metals, and Materials Soc. 1990. P.991-1002.
  26. Boukortt, H. Hydrogen embrittlement effect on the structural integrity of API 5L X52 steel pipeline / H. Boukortt // Intern. J. Hydrogen Energy. 2018. V.43. P.19615-19624.
  27. Xue, H.B. Characterization of inclusions of X80 pipeline steel and its correlation with hydrogen-induced cracking / H.B. Xue, Y.F. Cheng // Corrosion Science. 2011. V.53. P.1201-1208.
  28. Dong, C.F. Hydrogen-induced cracking and healing behavior of X70 steel / C.F. Dong, X.G. Li, Z.Y. Liu, Y.R. Zhang //j. Alloys and Compounds. 2009. V.484. №1-2. P.966-972.
  29. Dong, C.F. Effects of hydrogen-charging on the susceptibility of X100 pipeline steel to hydrogen-induced cracking / C.F. Dong, Z.Y. Liu, X.G. Li, Y.F. Cheng // Intern. J. Hydrogen Energy. 2009. V.34. №24. P.9879-9884.
  30. Lam, P.S. Literature survey of gaseous hydrogen effects on the mechanical properties of carbon and low alloy steels / P.S. Lam, R.L. Sindelar, A.J. Duncan, T.M. Adams //j. Pressure Vessel Technol. 2009. V.131. №4. Art. 041408.
  31. Пумпянский, Д.А. Структура и свойства стали для производства высокопрочных труб нефтегазового сортамента в сероводородостойком исполнении / Д.А. Пумпянский, И.Ю. Пышминцев, А.Н. Мальцева, Д.П. Усков, М.А. Смирнов, А.М. Арсенкин // Металлург. 2022. №10. С.8-13.
  32. Пышминцев, И.Ю. Разработка коррозионно-стойких труб для сред, содержащих сероводород / И.Ю. Пышминцев, И.Н. Веселов, А.Г. Ширяев, Б.А. Ерехинский, В.И. Чернухин, А.Б. Арабей // Территория Нефтегаз. 2016. №7-8. С.62-71.
  33. Рыжков, М.А. Особенности фазовых и структурных превращений в рационально легированных сталях для производства высокопрочных труб, стойких к воздействию сред, содержащих сероводород: дис. … канд. техн. наук / Рыжков Максим Александрович; науч. рук. И.Ю. Пышминцев; УрФУ. - Екатеринбург, 2009. 206 с.
  34. ANSI/NACE-MR-0175-ISO-15156-2015. Petroleum, Petrochemical, and Natural Gas Industries: Material for Use in H2S Environments in Oil and Gas Production. - ANSI/NACE/ISO, 2015. 84 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».