Microstructure-informed Hydrogen embrittlement life prediction of Nickel-based alloys (Helife)

Nickelbaserte legeringer (NBAs) brukes i mange bransjer, inkludert olje og gass, på grunn av deres høye styrke, korrosjonsmotstand og forventet motstand mot hydrogenindusert sprøhet (HE). Imidlertid har det blitt kjent at HE kan forårsake svikt i NBAs, og det er nå forstått at alle NBAs er mottakelige for HE, i varierende grad. Olje- og gassindustrien er bekymret for risikoen for HE i NBAs, og de samarbeider for å utvikle retningslinjer for å vurdere HE i eksisterende komponenter av NBA og potensielt lovende nye legeringer. Retningslinjene vil kreve en solid forståelse av mekanismene for HE i NBAs, pålitelige testmetoder for å motstå HE, og en prediktiv ramme for integritetsvurdering og levetidsforutsigelse. Prosjektet fokuserer på tre hovedområder: 1) Forstå effekten av mikrostruktur på hydrogen-diffusjon og mekanismer for sprøhet. Vi vil studere hvordan mikrostrukturen til NBAs påvirker måten hydrogen diffunderer inn i metallet og hvordan det samvirker med metallets struktur. 2) Utvikling av en mekanistisk modell for hydrogensvikt. Vi vil utvikle en modell som kan forutsi hvordan hydrogenindusert sprøhet vil påvirke styrken og seigheten til NBAs. 3) Gi grunnlaget for å etablere en pålitelig testmetode. Prosjektet vil utvikle testmetoder som kan brukes til å validere modellen for HE. Prosjektet forventes å gi en bedre forståelse av hydrogenindusert sprøhet i NBAs og å utvikle metoder for å vurdere risikoen for HE i eksisterende og nye legeringer. Disse resultatene vil bidra til å sikre sikkerheten og påliteligheten til NBAs i olje- og gassindustrien.

Nickel-based alloys (NBA) are widely used in the oil and gas industry because of their superior corrosion resistance, excellent mechanical strength and expected immunity to hydrogen embrittlement (HE) or hydrogen induced stress cracking. With multiple failures reported over the last years, it is now commonly accepted that all nickel alloys are susceptible to HE, however, some are less susceptible than others. Because of the slow hydrogen diffusion in nickel alloys, a failure caused by HE which is one of the costliest failures in the industry, may occur after decades in service. Alarmed by this “time bomb” scenario, the oil and gas industry in Norway is attempting to establish a practical guideline for assessing HE in both existing NBA components and in potential new hydrogen resistant alloys. Known as a conspicuous material challenge, HE is the outcome of the complex interactions of triple families of parameters - susceptible microstructures, hydrogen environment and mechanical loading. Establishing such an industrial guideline requires a solid understanding of the HE mechanisms of relevant materials, reliable HE resistance testing methods and a predictive framework for integrity assessment and life prediction. The primary objective of this project is to provide the scientific basis needed for establishing the practical guideline with respect to HE in existing NBA and the potential new alloys for the subsea applications. The secondary objectives are to probe the HE mechanisms of the in-service precipitation hardened nickel alloys (PHNA) with special emphasis on the embrittling effect of grain boundary precipitates; to study the hydrogen diffusion and hydrogen-coupled deformation mechanisms in selected strain hardened austenitic alloys; to provide basis for developing model-guided testing methods for retrieving transferrable model parameters; to establish and verify a microstructure-informed HE predictive framework for integrity assessment.