Η διάβρωση είναι ένα κοινό αλλά προβλέψιμο και αποτρέψιμο πρόβλημα στον τομέα της μηχανικής και μπορεί να οριστεί ως μια διάχυτη διαδικασία φθοράς μετάλλων και κραμάτων. Μπορεί να είναι δαπανηρό πρόβλημα. Εξαιτίας αυτού, κτίρια και γέφυρες μπορεί να καταρρεύσουν ή να σπάσουν οι αγωγοί πετρελαίου. Η διάβρωση προκαλείται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των ιδιοτήτων των εμπλεκόμενων υλικών, του περιβάλλοντος λειτουργίας και του τρόπου λειτουργίας. Πολλά εξαρτήματα μηχανικής, όπως οι θαμμένοι χάλυβες σωληνώσεων, λειτουργούν είτε υπό έλεγχο μετατόπισης είτε υπό έλεγχο τάσης/φορτίου ή και τα δύο. Ως εκ τούτου, η ρωγμή λόγω διάβρωσης από τάση (SCC) που παρατηρείται στους περισσότερους θαμμένους χάλυβες σωληνώσεων είναι προσανατολισμένη είτε στην περιφερειακή είτε κατά μήκος της κατεύθυνσης του μήκους του σωλήνα.
Το SCC είναι γενικά συνέπεια των συνεργιστικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των εφελκυστικών τάσεων και των ευάλωτων υλικών όταν υποβάλλονται σε διαβρωτικά περιβάλλοντα. Συνήθως, οι χάλυβες αγωγών παρουσιάζουν δύο τύπους πυρόλυσης SCC: υψηλό pH SCC και σχεδόν ουδέτερο pH SCC. Το πρώτο περιλαμβάνει τον σχηματισμό παθητικοποιητικών μεμβρανών που προκαλούνται από τη διάβρωση και τη ρήξη αυτών των μεμβρανών όταν ο ρυθμός παραμόρφωσης φτάσει σε μια κρίσιμη τιμή. Αντίθετα, το σχεδόν ουδέτερο pH SCC χαρακτηρίζεται από την αλληλεπίδραση των χάλυβων αγωγών με το ατομικό υδρογόνο υπό μεταβλητές τάσεις.
Οι καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης είναι μια από τις καλύτερες και πιο συχνά χρησιμοποιούμενες προσεγγίσεις για την απεικόνιση των διακυμάνσεων και των αποκρίσεων του ρυθμού τάσης/παραμόρφωσης για χάλυβες. Αυτές οι καμπύλες μπορούν να χωριστούν σε δύο: σε αυτές με ασυνεχή απόδοση και σε αυτές χωρίς ασυνεχή απόδοση. Στους χάλυβες σωληνώσεων, η ασυνεχής απόδοση αποδίδεται σε δύο κύριους παράγοντες: το κλείδωμα της εξάρθρωσης μετά την εξάντληση των κινητών εξαρθρώσεων και το διαχωρισμό των ενδιάμεσων ειδών.
Για τις περισσότερες καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης, ο ρυθμός τάσης είναι συνήθως γραμμικά ανάλογος με τον ρυθμό παραμόρφωσης στην ελαστική φάση. Ωστόσο, η υψηλότερη τάση πέρα από το ανώτερο σημείο διαρροής συχνά χαρακτηρίζεται από καταπόνηση, η οποία συνεπάγεται πολύ υψηλότερους ρυθμούς παραμόρφωσης. Αν και το φαινόμενο της ασυνεχούς απόδοσης των χάλυβων αγωγών έχει μελετηθεί εκτενώς στη βιβλιογραφία, η επίδραση της καταπόνησης σε χάλυβες αγωγών με ασυνεχή απόδοση στο SCC δεν έχει ακόμη διερευνηθεί. Αυτό αποδίδεται κυρίως στους περιορισμούς των υφιστάμενων μεθόδων που χρησιμοποιούνται.
Στο παρόν, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αλμπέρτα: ο Δρ. Shidong Wang, ο Dr. Hamid Niazi και ο καθηγητής Weixing Chen σε συνεργασία με τον Dr. Lyndon Lamborn από την Enbridge Pipelines Inc. διερεύνησαν την εμφάνιση κραδασμών παραμόρφωσης που σχετίζεται με χάλυβες αγωγών με ασυνεχή απόδοση και τις αντίστοιχες επιδράσεις στο αρχικό στάδιο έναρξης και ανάπτυξης ρωγμών SCC με υψηλό pH. Συγκεκριμένα, η μελέτη επικεντρώθηκε σε διαμήκεις ρωγμές που προκαλούνται από τάσεις στεφάνης σε χάλυβες αγωγών υπό έλεγχο φορτίου. Διερευνήθηκαν επίσης τα χαρακτηριστικά των ρυθμών παραμόρφωσης στους χάλυβες αγωγών με ασυνεχή απόδοση. Η εργασία τους αυτή τη στιγμή δημοσιεύεται στο περιοδικό με κριτές, Επιστήμη της Διάβρωσης.
Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε ότι η ρωγμή σχετιζόταν άμεσα με τον ρυθμό καταπόνησης που αποδίδεται στη διακύμανση της τάσης στην κατεύθυνση της στεφάνης του αγωγού. Στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης της ρωγμής, η έναρξη της μικρορωγμής στην πλαστική ζώνη και η συνένωση μικρορωγμών στο κύριο άκρο της ρωγμής αναγνωρίστηκαν ως ο κύριος μηχανισμός ανάπτυξης. Αυτές οι παρατηρήσεις δεν μπορούν να εξηγηθούν από τον παραδοσιακό μηχανισμό στοχαστικής έναρξης και συγχώνευσης που υποτίθεται ότι γεφυρώνει την ανάπτυξη της ρωγμής από τα πρώτα στάδια στα επόμενα στάδια.
Σύμφωνα με τους συγγραφείς, θερμοκρασίες άνω των 40 °C προκάλεσαν γήρανση λόγω καταπόνησης, αυξάνοντας έτσι τον κίνδυνο υψηλού pH SCC στους χάλυβες αγωγών. Υπό τον έλεγχο του φορτίου, το ασυνεχές φαινόμενο καταπόνησης που προκαλείται από την απόδοση ενίσχυσε την έναρξη και την ανάπτυξη ρωγμών σε αρχικό στάδιο. Τα ευρήματα κατέδειξαν τον περιορισμό της προσέγγισης δοκιμής αργού ρυθμού παραμόρφωσης (SSRT), ενός τυπικού ελέγχου μετατόπισης, στην πρόβλεψη της ευαισθησίας ενός υλικού στο SCC όταν λαμβάνονται υπόψη τα αποτελέσματα των αργών ρυθμών σκλήρυνσης και της ασυνεχούς απόδοσης, υποδηλώνοντας τη βιωσιμότητα του ελέγχου φορτίου .
Συνοπτικά, αυτή είναι η πρώτη μελέτη που διερευνά την έναρξη ρωγμών SCC σε πρώιμο στάδιο και την ανάπτυξη σε χάλυβες αγωγών που προκαλούνται από καταπονήσεις. Η τρέχουσα ερευνητική εργασία είναι πρωτοποριακή και η θεωρία που προτείνεται εδώ είναι ιδιαίτερα πρωτότυπη και καινοτόμος. Δεδομένου ότι το φαινόμενο καταπόνησης είναι διαδεδομένο στα μηχανικά εξαρτήματα υπό έλεγχο φορτίου, αναμφίβολα θα ακολουθήσουν πολλά σημαντικά ευρήματα σχετικά με τη ρηγμάτωση των δομικών υλικών υπό διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Τα ευρήματα παρείχαν νέες γνώσεις σχετικά με τις απαιτήσεις σχεδιασμού υλικού για ενισχυμένη αντοχή στο SCC. Σε δήλωση προς Προόδους στη Μηχανικήοι συγγραφείς δήλωσαν ότι οι γνώσεις που παρέχονται στη μελέτη τους θα συνέβαλαν στην ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών που θα ενίσχυαν την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής των χάλυβα, ειδικά αυτών που λειτουργούν υπό έλεγχο φορτίου.
