Οι χάλυβες σωληνώσεων είναι πολύ ευαίσθητοι σε ρωγμές από διάβρωση υψηλής τάσης pH (SCC). Τέτοιες ρωγμές είναι συχνά πιο έντονες σε διαβρωτικά περιβάλλοντα και μπορούν ενδεχομένως να οδηγήσουν σε ζημιά ή καταστροφική αστοχία του εξαρτήματος εάν δεν γίνει σωστή διαχείριση. Ο μετριασμός SCC με υψηλό pH απαιτεί λεπτομερή κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τον ρυθμό ανάπτυξης ρωγμών και τον μηχανισμό διάδοσής του, ο οποίος συχνά χαρακτηρίζεται από ανοδική διάλυση στα όρια των κόκκων και συνεχή ρήξη παθητικών μεμβρανών.
Η διαδικασία πυρόλυσης έχει γενικά χωριστεί σε πέντε κύρια στάδια. Το στάδιο επώασης χαρακτηρίζεται από τη φθορά της επικάλυψης και το σχηματισμό συμπυκνωμένου διαλύματος διττανθρακικού/ανθρακικού. Το στάδιο 1α περιλαμβάνει σχηματισμό ρωγμών μέσω επιλεκτικής προσβολής ορίων κόκκων, ενώ το στάδιο 1b περιλαμβάνει την επέκταση του μήκους της ρωγμής κυρίως μέσω των αυτο-επαγόμενων μικρορωγμών εντός της πλαστικής ζώνης μπροστά από το άκρο της ρωγμής. Τέλος, τα στάδια 2 και 3 χαρακτηρίζονται από άμεση ανάπτυξη ρωγμής από το κύριο άκρο ρωγμής και γρήγορη ανάπτυξη έως τη ρήξη του σωλήνα, αντίστοιχα.
Οι χάλυβες αγωγών γενικά υπόκεινται σε διακυμάνσεις πίεσης ελεγχόμενης από το φορτίο που μπορεί να προκαλέσουν καθαρή μηχανική βλάβη ή μεταβολή υπολειπόμενης τάσης στα υπάρχοντα ελαττώματα και ρωγμές. Η ανάπτυξη ρωγμών σταδίου 1b επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως το μέγεθος των κύκλων τάσης, η κυκλική φόρτιση πριν από την έκθεση σε διαβρωτικό περιβάλλον, η θερμική επεξεργασία μετά την προκυκλική φόρτιση και ο παράγοντας έντασης τάσης. Ενώ η ανάπτυξη ρωγμών σταδίου 2 είναι καλά διατυπωμένη στη βιβλιογραφία, το στάδιο-1b εξακολουθεί να μην έχει διερευνηθεί. Η γνώση και η εις βάθος κατανόηση του σταδίου-1β έχουν μεγάλη σημασία, καθώς γεφυρώνει τα πρώιμα στάδια της έναρξης της ρωγμής και το στάδιο 2 ανάπτυξης της ρωγμής.
Τώρα, σε μια νέα αυστηρή μελέτη από τον Δρ. Shidong Wang και τον καθηγητή Weixing Chen από το Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα, μαζί με τον Dr. Lyndon Lamborn από την Enbridge Pipelines Inc., περιέγραψαν την επίδραση της προκυκλικής φόρτισης στην ανάπτυξη του SCC Stage-1b από χάλυβες αγωγών Χ52. Οι χάλυβες υποβλήθηκαν σε διαβρωτικό περιβάλλον που περιείχε πυκνά ανθρακικά και διττανθρακικά διαλύματα. Επιπλέον, διερεύνησαν τις επιπτώσεις του μεγέθους των κύκλων τάσης και της θερμικής επεξεργασίας μετά την προκυκλική φόρτιση. Οι μελέτες επικεντρώθηκαν στην ανάπτυξη ρωγμών Stage-1b που προκαλείται από μόνος του από υπάρχουσες ρωγμές (η λεγόμενη σχέση μητέρας-κόρης, η οποία μπορεί να βρεθεί στο Corrosion Science 178 (2021) 109056, Journal of Materials Science 57 (2022): 15967-15989, Corrosion 79 (2023): doi.org/10.5006/4168). Η ερευνητική τους εργασία αυτή τη στιγμή δημοσιεύεται στο περιοδικό με κριτές, Επιστήμη της Διάβρωσης. Οι συγγραφείς έδειξαν ότι τα προκυκλικά φορτωμένα δείγματα που υποβλήθηκαν σε επακόλουθη έκθεση σε διάβρωση κυκλικής φόρτισης εμφάνισαν ανάπτυξη SCC σταδίου 1b όταν η μηχανική κινητήρια δύναμη είναι κάτω από το όριο για την ανάπτυξη του Σταδίου 2 (σε μέγιστη ένταση τάσης 16 MPa m0,5, συχνότητα 0,01 Hz και λόγος τάσης R 0,5). Τα δείγματα με προκυκλική φόρτιση κατέγραψαν υψηλότερους ρυθμούς ανάπτυξης ρωγμών από αυτά χωρίς. αν και η προκυκλική φόρτιση εισήγαγε θλιπτική υπολειμματική τάση στο άκρο της ρωγμής, η οποία πιστεύεται ότι ήταν επιζήμια για την ανάπτυξη της ρωγμής στην παραδοσιακή θεωρία SCC. Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι η συμπιεστική υπολειμματική τάση στο άκρο της κύριας ρωγμής που προκαλείται από την προκυκλική φόρτιση διευκολύνει τη συνένωση μικρορωγμών στο κύριο άκρο της ρωγμής, η οποία βοηθά την ανάπτυξη του Σταδίου-1b. Επιπλέον, μια αύξηση στο μέγεθος της προ-κυκλικής φόρτισης επιτάχυνε την ανάπτυξη της ρωγμής SCC και την επακόλουθη μετάβασή της από το Στάδιο-1b στο Στάδιο 2. Σε σύγκριση με τα δείγματα με χαμηλότερο προηγούμενο κυκλικό στρες, εκείνα με υψηλότερη καταπόνηση παρουσίασαν σημαντική τοπική απολέπιση και ρήξη/ ρωγμές των παθητικών μεμβρανών στην πλαστική τους ζώνη, υποδηλώνοντας την ενισχυμένη ανάπτυξη ρωγμών Stage-1b.
Ένας συνδυασμός της προκυκλικής φόρτισης και της θερμικής επεξεργασίας συνέβαλε στην εμφάνιση ρωγμών SCC υποβοηθούμενης από παραμόρφωση. Ωστόσο, η συμβολή της διακοκκιδικής προσβολής που προκαλείται από στατική διάβρωση στην ανάπτυξη ρωγμών Stage-1b ήταν λιγότερο σημαντική. Με βάση τα αποτελέσματα, δείγματα που υποβλήθηκαν σε προκυκλική φόρτιση σε μέγιστη ένταση τάσης 28 MPa m0,5 και η γήρανση ήταν 4,9 × 10-8 mm/s και 6,1 × 10-8 mm/s, που ήταν περίπου 1,1 και 1,2 φορές υψηλότερο από εκείνα που δεν είχαν θερμική επεξεργασία, αντίστοιχα.
Συνοπτικά, η ερευνητική εργασία αντιμετώπισε την πιο δύσκολη πρόκληση που συναντήθηκε στην κατανόηση του γιατί η κυκλική φόρτιση πριν από την έκθεση στη διάβρωση θα μπορούσε να ενισχύσει την ανάπτυξη ρωγμών SCC Stage-1b, η οποία είναι η γέφυρα μεταξύ της έναρξης ρωγμής SCC και της ανάπτυξης σταδίου 2. Η υπολειμματική θλιπτική τάση στο άκρο της κύριας ρωγμής που προκαλείται από προκυκλική φόρτιση (συνήθως υπερφόρτωση, υδροστατική δοκιμή κ.λπ.) διευκολύνει την ανάπτυξη ρωγμών στην κατηγορία του Σταδίου 1b υποβοηθώντας τη συνένωση των πυρηνοποιημένων μικρορωγμών στην πλαστική ζώνη με την κύρια ρωγμή υπόδειξη.
Αυτό το νέο εύρημα και ο προτεινόμενος νέος μηχανισμός εδώ ανατρέπουν τις παλιές ιδέες στην παραδοσιακή θεωρία SCC ότι η συμπιεστική υπολειμματική τάση θα καταστέλλει πάντα την έναρξη και την ανάπτυξη ρωγμών, κάτι που έχει μεγάλη σημασία για τη μελλοντική μηχανική, επιστημονική και βιομηχανική έρευνα. Αναμφίβολα θα ενέπνευσε ερευνητές σε πολλούς τομείς να κατανοήσουν καλύτερα την ενισχυμένη ανάπτυξη ρωγμών SCC σε πρώιμο στάδιο παρουσία συμπιεστικών υπολειμματικών τάσεων. Σύμφωνα με τους συγγραφείς, η ευαισθησία των χάλυβων αγωγών σε ρωγμές θα μπορούσε να μειωθεί αφαιρώντας τις πλαστικά παραμορφωμένες περιοχές ή τις υπάρχουσες ρωγμές πριν από την επαναβαφή ή την επανασυγκόλληση. Σε κοινή δήλωση προς Προόδους στη Μηχανικήοι συγγραφείς εξήγησαν ότι η μελέτη τους παρείχε χρήσιμες γνώσεις που θα μπορούσαν να συμβάλουν στον αποτελεσματικό μετριασμό του SCC στους χάλυβες αγωγών.
