Koji su uobičajeni načini kvarova martenzitnih cijevi od nehrđajućeg čelika tijekom uporabe

Martenzitne cijevi od nehrđajućeg čelika cijenjen je zbog svoje visoke čvrstoće i umjerene otpornosti na koroziju što ga čini ključnim u kritičnim sektorima kao što su kemijska obrada nafte i plina i proizvodnja električne energije. Međutim, u uvjetima visokog naprezanja i specifičnih agresivnih medija MSS je vrlo osjetljiv na pucanje izazvano okolišem, prevladavajući i ozbiljan način kvara.

1. Pukotine uzrokovane sulfidnim naponom (SSC)

SSC predstavlja najdestruktivniji mehanizam kvara za MSS cijevi u uvjetima "kisele upotrebe" nafte i plina gdje je prisutan sumporovodik HS.

• Mehanizam: Sumporovodik se razgrađuje na površini metala stvarajući atomski vodik koji prodire u čelik. Područja visoke čvrstoće i lokalizirane koncentracije naprezanja martenzitnog čelika, kao što su hladno obrađene zone ili zavari, glavna su mjesta za nakupljanje vodika. Zarobljen vodik uzrokuje lokalno smanjenje plastičnosti i krtost što dovodi do iznenadnog loma pod vlačnim naprezanjima daleko ispod granice tečenja materijala.

• Zone visokog rizika: Zavarite zone pod utjecajem topline (HAZ) s visokom koncentracijom naprezanja i cijevi s nekontroliranim razinama tvrdoće (pretjerana tvrdoća).

• Trendovi u industriji: Zbog povećanja HS parcijalnih tlakova u dubokim i ultra dubokim sredinama bušotina, industrija se pomiče prema martenzitnim čelicima s ultra niskim udjelom ugljika i niklom modificiranim martenzitnim čelicima u kombinaciji sa strogim procesima kaljenja na visokim temperaturama kako bi se smanjila osjetljivost na SSC.

2. Kloridno naponsko korozijsko pucanje (CISCC)

• Mehanizam: Kloridni ioni oštećuju pasivni film na površini od nehrđajućeg čelika stvarajući mjesta za koncentraciju naprezanja. Pod trajnim vlačnim naprezanjem pukotine započinju i šire se ili transgranularno ili intergranularno, što na kraju dovodi do sloma kroz stijenku.

• Tipične primjene: Generatori pare u elektranama, visokokoncentrirani sustavi obrade slane otopine i određeni visokotemperaturni visokotlačni kemijski cjevovodi.

DRUGA KATEGORIJA MEHANIČKO OPTEREĆENJE I OŠTEĆENJE OD ZAMORA

Budući da se MSS cijevi često koriste u nosivim i dinamičkim komponentama, njihov kvar je često povezan izravno s cikličkim naprezanjima ili ekstremnim mehaničkim opterećenjima.

1. Kvar zbog zamora

Zamor je najčešći mehanički način kvara za materijale visoke čvrstoće pod cikličkim opterećenjem kao što su fluktuacije tlaka tekućine ili mehaničke vibracije.

• Mehanizam: Pukotine obično započinju na površinskim defektima, ogrebotinama unutarnjeg zida, korozijskim jamama ili mikroskopskim inkluzijama. Periodično mijenjanje naprezanja uzrokuje akumulirano oštećenje u plastičnoj zoni na vrhu pukotine što dovodi do sporog širenja pukotine sve dok preostali poprečni presjek više ne može podnijeti trenutno opterećenje što rezultira iznenadnim krtim lomom.

• Zone visokog rizika: osovine pumpi, lopatice turbina gdje se martenzitni čelik koristi za korijenske dijelove i dijelove s visokim vibracijama u cjevovodima za transport na velike udaljenosti.

• Tehnički izazov: Čvrstoća na zamor vrlo je osjetljiva na integritet površine. Fino poliranje površine i kontrola dubine hladno obrađenog sloja ključni su za povećanje vijeka trajanja MSS-a na zamor.

2. Vodikova krtost (HE)

Usko povezana sa SSC HE može biti izazvana proizvodnim procesima kao što je galvanizacija ili dekapiranje ili neprikladnom katodnom zaštitom tijekom rada neovisno o prisutnosti sulfida.

• Mehanizam: Čelik apsorbira atomski vodik što dovodi do naglog smanjenja duktilnosti, žilavosti i čvrstoće loma. Čak i bez vanjskih korozivnih sredstava, ako je prisutno vlačno naprezanje, atomi vodika će pospješiti nukleaciju i rast pukotine.

KATEGORIJA TRI TOPLINSKA STABILNOST I MIKROSTRUKTURNA DEGRADACIJA

Učinkovitost martenzitnog nehrđajućeg čelika uvelike se oslanja na njegovu stabilnu kaljenu mikrostrukturu. Izlaganje neodgovarajućoj temperaturi može dovesti do degradacije mikrostrukture i naglog pada učinkovitosti.

1. Kaljena krtost

Određeni legirajući elementi poput fosfornog kositra i antimona mogu se odvojiti duž granica zrna tijekom sporog hlađenja ili produljenog izlaganja u rasponu od 350 stupnjeva C do 550 stupnjeva C. To dovodi do značajnog gubitka udarne žilavosti čelika što dovodi do krtosti zbog topline.

• Posljedica: Iako se tvrdoća možda neće značajno promijeniti, otpornost materijala na udarna opterećenja brzo opada pri niskim temperaturama ili visokim brzinama deformacije, čineći ga vrlo osjetljivim na krti lom.

• Preventivne mjere: Primjena kaljenja vodom ili brzog hlađenja kroz kritični temperaturni raspon krtosti nakon kaljenja.

2. 475 stupnjeva C Krtost i taloženje sigma faze

Dugotrajno izlaganje martenzitnog nehrđajućeg čelika u rasponu od 400 stupnjeva C do 500 stupnjeva C može dovesti do taloženja faza bogatih kromom, posebno oko 475 stupnjeva C, uzrokujući fenomen poznat kao krtost od 475 stupnjeva C. Nadalje, produljeno izlaganje višim temperaturama kao što je 600 stupnjeva C do 900 stupnjeva C može uzrokovati taloženje tvrde i krte sigma faze.

• Utjecaj: Oba fenomena značajno smanjuju plastičnost i žilavost materijala dok istovremeno smanjuju otpornost na koroziju.

• Uvid u primjenu: Dugoročna radna temperatura MSS cijevi mora biti strogo ograničena u dizajnu kako bi se izbjegli ovi osjetljivi temperaturni rasponi.