Waterstofverbrossing als gevolg van kathodische bescherming in zee

Hoogvaste bouten voor onderzeese toepassingen, zoals flensverbindingen, zeewater-inlaatkasten en grout-reparatieklemmen, kunnen bros worden door waterstof die ontstaat als gevolg van de werking van kathodische beschermingssystemen die werken met opgedrukte stroom of met opofferingsanodes. De verbrossing vereist geen buitensporige potentialen en kan zich voordoen in legeringen die bestand zijn tegen waterstofverbrossing die het gevolg is van andere bronnen, zoals waterstofsulfide. Aangezien het onderwatergedeelte van offshore platforms kathodisch wordt beschermd, ondergaan ook genoemde boutverbindingen hiervan direct invloed, als ze tenminste elektrisch geleidend zijn verbonden met de kathodisch beschermde constructie.
 

Proeven

Gevoeligheid voor waterstofverbrossing kan worden bepaald aan de hand van laboratoriumproeven, waarbij de monsters kathodisch worden beschermd met behulp van aluminium opofferingsanodes, tijdens langzame rekproeven. Wolfe, Burnette en Joosten [1] hebben onderzoek verricht aan een aantal hoogwaardige legeringen, waaronder Ferralium 255 (UNS S32550), AISI 410 (UNS S41000) en F6NM (UNS S42400).
Er worden metingen gedaan in zeewater en in lucht, welk laatste medium als referentie fungeert. Voor details en de resultaten met andere legeringen dan de hier genoemde, zij verwezen naar het betreffende artikel [1].



Afbeelding 1. Kathodisch beschermd Ferralium 255 duplex roestvast staal. Monster vertoont talrijke secundaire scheuren. Het breukvlak vertoont brosse splijtvlakken, afgewisseld met taaie gebieden.


Afbeelding 2. A-286 monster vertoont breuk die kenmerkend is voor alle legeringen die niet door de kathodische bescherming zijn verbrost. Het breukvlak is taai en vertoont dimpels.

 

Resultaten

Bouten van Ferralium 255 zijn in de praktijk op ten minste één offshore platform bezweken als gevolg van waterstofverbrossing. Bij de proeven bleken de Ferralium-monsters verbrossing te vertonen als ze werden verbonden met aluminiumanodes. Het maakte daarbij weinig verschil hoe lang deze koppeling duurde. Bij het breukvlak waren tal van secundaire scheuren te zien (zie afbeelding 1). Ongeveer de helft van het breukvlak vertoonde taaie breuk en de rest brosse breuk. De taaie en brosse gebieden waren over het gehele oppervlak verdeeld. Bouten van F6NM en AISI 410 vertoonden een lichte mate van verbrossing en er vielen wat secundaire scheuren waar te nemen. De breuk was merendeels taai, maar een smalle ring aan het oppervlak van het monster vertoonde een interkristallijn karakter en was bros. Bouten van roestvast staal A-286 worden toegepast bij hoge temperaturen en behoren niet tot de vanzelfsprekende keuze voor toepassing in zeewater. Toch bleek dit materiaal zeer goed bestand tegen verbrossing onder invloed van kathodische bescherming in zeewater. De breukvlakken vertoonden een taai karakter zonder enige vorm van secundaire scheuring (zie afbeelding 2).

Literatuur
1. L.H. Wolfe, C.C. Burnette, M.W. Joosten. Materials
Performance, July 1993, p. 14-21.
Ferralium is een handelsmerk van Langley Alloys Ltd.