تحسين مقاومة التآكل والخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب الكاربوني AISI 1020 A106 باستخدام التسبيك السطحي بالليزر
Corrosion Resistance and Mechanical Properties Improvement of AISI 1020 A106 Carbon Steel Pipes Using Laser Surface Alloying
- الباحث
- لينا محمد خليفة
- المشرف
- سامي ابراهيم جعفر - اسراء عبد القادر عزيز
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة المعادن
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2024
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Laser surface alloying;Carbon steel pipes;Corrosion resistance;Mechanical properties
الملخص
تعتبر مشاكل التآكل مشكلة دائمة في صناعة تكرير النفط ، و خاصة للاجزاء المعدنية التي تلامس المشتقات النفطية مثل ابراج التقطير و الانابيب و الحاويات. عند حدوث التشققات فان ذلك سوف يؤدي الى على العاملين في هذه المواقع . ان حدوث التشققات بسبب التاكل او بسبب عيوب اللحام . ان استخدام تقنية لحام تعطي مواصفات ميكانيكية و ميتلورجية ممتازة للملحومة وذات عيوب لحام قليلة لتجنب عيوب اللحام و تقليل عمليات الصيانة و التوقفات و فشل الملحومات ، ثم تحسين مواصفات السطح مع زيادة مقاومة التاكل هو الهدف الاساسي في هذة الاطروحة. في العراق (مصفى الدورة)، الانابيب المستخدمة في نقل النفثا الخام من برج التقطير الى محطات اخرى مصنوعة من الفولاذ الكاربوني (1020) يتم لحامها باستخدام طريقة القوس الكهربائي الاعتيادي و طريقة قوس التنكستن . بعد اللحام فانه سوف يتم فحص مناطق اللحام باستخدام طريقة السوائل النافذ و الموجات الراديوية . و سوف يتم استخدام فحص الشد و الحني و الصلادة لتقييم الخواص الميكانيكية . استخدام الاشعة السينية بنوعيها و المجهر الالكتروني و المجهر الذري و المجهر العادي، سوف تستخدم للفحوصات الميتلورجية . لزيادة مقاومة التأكل و تحسين مواصفات السطح ، الياف الليزر سوف يتم استخدامها لصهر السطح و لتسبيك السطح ( باضافة الكروم و النيكل) على سطح مجموعتي عينات اللحام ( لحام القوس العادي و لحام الغازات الخاملة) . بعد ذلك سوف يتم اجراء فحص التاكل الكهروكيميائي للعينات في محلول كلوريد الصوديوم المائي بدرجة حرارة الغرفة ، و فحص التأكل المغمور في سائل النفثا التفيلة عند درجات حرارة 50 و 75 م" و 100 م" و لمدة 72 ساعة . بالنسبة الى عملية اللحام لقد بينت النتائج ، ان العينات الناتجة من لحام الغازات الخاملة تمتاز باحتواءها على بنسبة قليلة جدا من عيوب اللحام وذات مطيلية عالية وان الاجهادات الداخلية قليلة وذات اجهاد كسر اعلى مما في الطريقة التقليدية و لكن الصلادة لعينات الطريقة التقليدية اعلى و ذلك يعتمد على نوع الاطوار الناتجة بعد اللحام ، حيث يمتاز كلا نوعي العينات بوجود الفرايت كطور رئيسي ولكن نسبة عالية لطور المارتنسايت في عينات اللحام العادي . بعد معاملة العينات بالليزر ، فان سطح العينات يمتاز بصلادة عالية بشكل عام و بالليزر ، حيث يتراوح الحجم )50 — 600 نانومتر) و ان الخشونة السطحية تكون عالية بعد تسبيك السطح بالليزر . ان نتائج المجهر الالكتروني بينت توزيع عشوائي للعناصر السبائكية بعد عملية الليزر ، بالاضافة الى زيادة عمق التغلغل في عينات اللحام بالغازات الخاملة عند المعاملة بالليزرعن باقي العينات . في التأكل الكهروكيميائي Gl كفاءة مقاومة التأكل لعينات القوس الاعتيادي بعد معاملة السطح بالليزرالسبائكي تزداد بنسبة %85.714 ، و بعد اعادة انصهار السطح بالليزر تزداد بنسبة 9,016.88 ٠، اما بالنسبة لعينات القوس الخامل فأن كفاءة مقاومة التأكل تزداد بنسبة %96.386 و بعد Bale! انصهار السطح فأن الكفاءة = 9090.510 . اما كفاءة مقاومة التأكل في النفثا عند 100م' فانها = %100 لعينات القوس العادي و القوس الخامل بعد تسبيك السطح بالليزرء و تكون الكفاءة -094؟9 لعينات القوس العادي و 9 لينات القوس الخامل بعد اعادة الصهر السطح بالليزر . بشكل عام كلما زادت درجة حرارة السائل يزداد معدل التأكل للعينات الملحومة.
Abstract
Corrosion in weldment is an essential problem in an oil refinery, especially for the parts that come into contact with petroleum products like distillation towers, pipes, and containers; any leak in this equipment may lead to fires, environmental pollution, economic loss (i.e., shutdown and long maintenance period) and physical harm to the workers in the site, and this is done due to Corrosiveness of liquid and environment, welding defect, or the combination of both factors. An essential goal of this thesis is to use a welding process that gives significant mechanical and metallurgical properties to the weldments and avoids or reduces welding defects for lower maintenance, weldment failure and shutdowns in some refinery sectors and then enhancing surface properties with increased corrosion resistance. In Iraq (El-Dora oil refining), the pipes that are used to transfer the oil product (naphtha) from the distillation tower to another sector in the refinery are fabricated from carbon steel pipe, AISI 1020 – A 106, welded by SMAW and GTAW. After welding, Radiography and dye penetration are used for defect detection; tensile, bending and hardness are used as mechanical qualification tests; XRD, AFM, SEM, EDS, and optical microscopy are used for metallurgical examination. To increase corrosion resistance and enhance surface properties, fiber lasers were used for surface remelting and surface alloying (i.e., alloying element Cr + Ni) on both surfaces of GTAW and SMAW samples. Then welded and laser-treated samples are subject to electrochemical corrosion tests in NaCl 3.5% at 25°C and immersion corrosion tests (in heavy naphtha for 72 hr. at (50, 75, and 100°C) for corrosion resistance experience. The results show that for the welding process, GTAW samples have lower welding defects, are more ductile with lower internal stresses, and have higher fracture strength than SMAW samples. Still, hardness is more elevated in SMAW samples than in GTAW. This is due to the phases present in welded samples. After laser surface treatment, for surface hardness in general, surface laser alloying samples have a higher value. AFM results show that the grain size reduces after laser treatment, a large amount of grain is in the range (50 – 600 nm) for laser surface remelting, and the surface roughness is higher for laser surface alloying samples. In SEM, the alloying elements have heterogeneous distribution on the surface. In the electrochemical corrosion test, SMAW's efficiency after laser surface alloying = 85.714 % after laser surface remelting 16. 88 %, the efficiency for GTAW after laser surface alloying = 96.386 %, and after LSR = 90.510 %. in naphtha solution at 100 0C, SMAW efficiency = 100% after LSA, and after LSR = -94%; for GTAW, the efficiency = 100 % after LSA, and after LSR = 84.319 %; in general, when the temperature increases, the corrosion rate increase for as-welded samples.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.