Wat zijn de meest voorkomende faalwijzen van martensitische roestvrijstalen buizen tijdens gebruik

Martensitische roestvrijstalen buizen wordt gewaardeerd om zijn hoge sterkte en matige corrosieweerstand, waardoor het van cruciaal belang is in kritieke sectoren zoals de chemische verwerking van olie en gas en energieopwekking. Onder omstandigheden van hoge spanning en specifieke agressieve media is MSS echter zeer gevoelig voor door het milieu veroorzaakte scheurvorming, een veel voorkomende en ernstige vorm van falen.

1. Sulfide-spanningsscheuren (SSC)

SSC vertegenwoordigt het meest destructieve faalmechanisme voor MSS-buizen in "zure service" -omstandigheden van olie en gas waarbij waterstofsulfide HS aanwezig is.

• Mechanisme: Waterstofsulfide ontleedt op het metaaloppervlak en produceert atomaire waterstof die in het staal doordringt. De hoge sterkte en plaatselijke spanningsconcentratiegebieden van martensitisch staal, zoals koud bewerkte zones of lassen, zijn uitstekende locaties voor waterstofophoping. De opgesloten waterstof veroorzaakt lokale vermindering van de plasticiteit en verbrossing, wat leidt tot plotselinge breuk onder trekspanningen ver beneden de vloeigrens van het materiaal.

• Zones met hoog risico: Las door hitte beïnvloede zones (HAZ), gebieden met een hoge spanningsconcentratie en buizen met ongecontroleerde hardheidsniveaus (buitensporige hardheid).

• Industrietrends: Als gevolg van de toenemende partiële HS-druk in diepe en ultradiepe putomgevingen verschuift de industrie naar ultra-laag koolstof- en nikkel-gemodificeerde martensitische staalsoorten in combinatie met strikte ontlaatprocessen bij hoge temperaturen om de gevoeligheid van SSC te minimaliseren.

2. Chloridespanningscorrosiescheuren (CISCC)

• Mechanisme: Chloride-ionen beschadigen de passieve film op het roestvrijstalen oppervlak en creëren plaatsen voor spanningsconcentratie. Bij aanhoudende trekspanningen ontstaan en verspreiden zich transgranulair of intergranulair, wat uiteindelijk leidt tot falen door de wand.

• Typische toepassingen: Stoomgeneratoren in energiecentrales, pekelbehandelingssystemen met hoge concentratie en bepaalde chemische pijpleidingen onder hoge temperatuur en hoge druk.

CATEGORIE TWEE MECHANISCHE BELADING EN VERMOEIDINGSSCHADE

Omdat MSS-buizen vaak worden gebruikt in dragende en dynamische componenten, is het falen ervan vaak rechtstreeks gekoppeld aan cyclische spanningen of extreme mechanische belastingen.

1. Vermoeidheidsfalen

Vermoeidheid is de meest voorkomende mechanische faalwijze voor materialen met een hoge sterkte onder cyclische belasting, zoals vloeistofdrukschommelingen of mechanische trillingen.

• Mechanisme: Scheuren ontstaan ​​doorgaans bij oppervlaktedefecten, krassen in de binnenmuur, corrosieputten of microscopische insluitsels. Periodieke spanningscycli veroorzaken geaccumuleerde schade in de plastische zone bij de scheurpunt, wat leidt tot langzame scheurvoortplanting totdat de resterende dwarsdoorsnede de onmiddellijke belasting niet langer kan dragen, wat resulteert in een plotselinge brosse breuk.

• Zones met hoog risico: Pompschachten, turbinebladen waar martensitisch staal wordt gebruikt voor de wortelsecties en secties met hoge trillingen in langeafstandstransportpijpleidingen.

• Technische uitdaging: Vermoeiingssterkte is zeer gevoelig voor de integriteit van het oppervlak. Fijn polijsten van het oppervlak en het beheersen van de diepte van de koud bewerkte laag zijn van cruciaal belang voor het verlengen van de levensduur van MSS.

2. Waterstofverbrossing (HE)

Nauw verwant aan SSC kan HE worden veroorzaakt door productieprocessen zoals galvaniseren of beitsen of door onjuiste kathodische bescherming tijdens gebruik, onafhankelijk van de aanwezigheid van sulfiden.

• Mechanisme: Het staal absorbeert atomaire waterstof, wat leidt tot een scherpe afname van de taaiheid, taaiheid en breuksterkte. Zelfs zonder externe corrosieve middelen als er trekspanning aanwezig is, zullen de waterstofatomen scheurkiemvorming en -groei bevorderen.

CATEGORIE DRIE THERMISCHE STABILITEIT EN MICROSTRUCTURELE DEGRADATIE

De prestaties van martensitisch roestvast staal zijn sterk afhankelijk van de stabiele, getemperde microstructuur. Onjuiste blootstelling aan temperaturen kan leiden tot microstructurele degradatie en een scherpe daling van de prestaties.

1. Temperamentverbrossing

Bepaalde legeringselementen zoals fosfortin en antimoon kunnen langs korrelgrenzen segregeren tijdens langzame afkoeling of langdurige blootstelling in het bereik van 350 graden C tot 550 graden C. Dit leidt tot een aanzienlijk verlies van de slagvastheid van het staal, wat resulteert in verbrossing door de tempera tuur.

• Gevolg: Hoewel de hardheid mogelijk niet significant verandert, gaat de weerstand van het materiaal tegen impactspanning snel achteruit bij lage temperaturen of hoge reksnelheden, waardoor het zeer gevoelig is voor brosse breuk.

• Preventieve maatregelen: gebruik maken van waterkoeling of snelle koeling via het kritische temperatuurbereik voor verbrossing na het temperen.

2. 475 graden C-verbrossing en Sigma-faseprecipitatie

Langdurige blootstelling van martensitisch roestvast staal in het bereik van 400 °C tot 500 °C kan leiden tot het neerslaan van chroomrijke fasen, vooral rond de 475 °C, wat het fenomeen veroorzaakt dat bekend staat als 475 °C-verbrossing. Bovendien kan langdurige blootstelling aan hogere temperaturen, zoals 600 °C tot 900 °C, het neerslaan van de harde en brosse sigmafase veroorzaken.

• Impact: Beide fenomenen verminderen de plasticiteit en taaiheid van het materiaal aanzienlijk en verminderen tegelijkertijd de corrosieweerstand.

• Toepassingsinzicht: De bedrijfstemperatuur van MSS-buizen op lange termijn moet qua ontwerp strikt beperkt zijn om deze gevoelige temperatuurbereiken te vermijden.