Kullanım sırasında martensitik paslanmaz çelik boruların yaygın arıza modları nelerdir?

Martensitik Paslanmaz Çelik boru Petrol ve gaz kimyasal işleme ve enerji üretimi gibi kritik sektörlerde hayati önem taşıyan yüksek mukavemeti ve orta derecede korozyon direnci nedeniyle değerlidir. Bununla birlikte, yüksek stres ve spesifik agresif ortam koşulları altında MSS, yaygın ve ciddi bir arıza türü olan çevre kaynaklı çatlamaya karşı oldukça hassastır.

1. Sülfür Stres Çatlaması (SSC)

SSC, hidrojen sülfit H2S'nin mevcut olduğu petrol ve gaz "ekşi hizmet" koşullarında MSS boruları için en yıkıcı arıza mekanizmasını temsil eder.

• Mekanizma: Hidrojen sülfit, metal yüzeyinde ayrışarak çeliğe nüfuz eden atomik hidrojen üretir. Soğuk işlenmiş bölgeler veya kaynaklar gibi martensitik çeliğin yüksek mukavemetli ve lokalize gerilim konsantrasyon alanları, hidrojen birikimi için ana bölgelerdir. Sıkışan hidrojen, lokal plastisite azalmasına ve kırılganlaşmaya neden olur ve bu da malzemenin akma mukavemetinin çok altındaki çekme gerilimleri altında ani kırılmaya yol açar.

• Yüksek Riskli Bölgeler: Yüksek gerilim konsantrasyonuna sahip ısıdan etkilenen bölgeleri (HAZ) alanları ve kontrolsüz sertlik seviyelerine sahip boruları (aşırı sertlik) kaynaklayın.

• Endüstri Eğilimleri: Derin ve ultra derin kuyu ortamlarında artan HS kısmi basınçları nedeniyle endüstri, SSC duyarlılığını en aza indirmek için katı yüksek sıcaklıkta temperleme işlemleriyle birleştirilmiş ultra düşük karbonlu ve nikelle modifiye edilmiş martensitik çeliklere doğru kayıyor.

2. Klorür Stresli Korozyon Çatlaması (CISCC)

• Mekanizma: Klorür iyonları, paslanmaz çelik yüzey üzerindeki pasif filme zarar vererek gerilim yoğunlaşması için alanlar oluşturur. Sürekli çekme gerilimi altında çatlaklar başlar ve ya transgranüler ya da intergranüler olarak yayılır ve sonunda duvar boyunca arızaya yol açar.

• Tipik Uygulamalar: Enerji santrallerindeki yüksek konsantrasyonlu tuzlu su arıtma sistemlerindeki buhar jeneratörleri ve bazı yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı kimyasal boru hatları.

İKİNCİ KATEGORİ MEKANİK YÜKLEME VE YORULMA HASARLARI

MSS boru sistemi genellikle yük taşıyan ve dinamik bileşenlerde kullanıldığından, arızası sıklıkla doğrudan döngüsel gerilimlere veya aşırı mekanik yüklere bağlıdır.

1. Yorgunluk Arızası

Yorulma, akışkan basıncı dalgalanmaları veya mekanik titreşim gibi döngüsel yükler altında yüksek mukavemetli malzemeler için en yaygın mekanik arıza türüdür.

• Mekanizma: Çatlaklar tipik olarak yüzey kusurlarında başlar, iç duvar çizikleri, korozyon çukurları veya mikroskobik kalıntılar Periyodik stres döngüsü, çatlak ucundaki plastik bölgede birikmiş hasara neden olur ve bu da kalan kesit artık anlık yükü taşıyamaz hale gelene kadar yavaş çatlak ilerlemesine yol açarak ani kırılgan kırılmaya neden olur.

• Yüksek Risk Bölgeleri: Uzun mesafeli nakliye boru hatlarında kök bölümleri ve yüksek titreşimli bölümler için martensitik çeliğin kullanıldığı pompa milleri türbin kanatları.

• Teknik Zorluk: Yorulma mukavemeti, yüzey bütünlüğüne karşı oldukça hassastır. İnce yüzey cilalaması ve soğuk işlenmiş katmanın derinliğinin kontrol edilmesi, MSS'nin yorulma ömrünün arttırılması açısından kritik öneme sahiptir.

2. Hidrojen Kırılganlığı (HE)

SSC HE ile yakından ilgili olan, elektrokaplama veya dekapaj gibi üretim süreçleri veya sülfitlerin varlığından bağımsız olarak servis sırasında uygun olmayan katodik koruma nedeniyle tetiklenebilir.

• Mekanizma: Çelik atomik hidrojeni emer ve bu da süneklik tokluğunda ve kırılma mukavemetinde keskin bir düşüşe neden olur. Harici aşındırıcı maddeler olmasa bile, çekme gerilimi mevcutsa hidrojen atomları çatlak çekirdeklenmesini ve büyümesini teşvik edecektir.

KATEGORİ ÜÇ ISI KARARLILIK VE MİKRO YAPISAL BOZULMA

Martensitik paslanmaz çeliğin performansı büyük ölçüde kararlı temperlenmiş mikro yapısına dayanır. Uygunsuz sıcaklığa maruz kalma, mikro yapısal bozulmaya ve performansta keskin bir düşüşe yol açabilir.

1. Öfke Kırılganlığı

Fosfor kalay ve antimon gibi belirli alaşım elementleri, yavaş soğutma veya 350 derece C ila 550 derece C aralığında uzun süre maruz kalma sırasında tane sınırları boyunca ayrışabilir. Bu, çeliğin darbe dayanıklılığında önemli bir kayba yol açarak temper gevrekleşmesine yol açar.

• Sonuç: Sertlik önemli ölçüde değişmese de, malzemenin darbe gerilimine karşı direnci, düşük sıcaklıklarda veya yüksek gerinim hızlarında hızla bozularak kırılgan kırılmaya karşı oldukça duyarlı hale gelir.

• Önleyici Tedbirler: Temperleme sonrasında kritik gevrekleşme sıcaklık aralığı boyunca suyla söndürme veya hızlı soğutma kullanılması.

2. 475 derece C Kırılganlık ve Sigma Fazlı Yağış

Martensitik paslanmaz çeliğin 400 derece C ila 500 derece C aralığında uzun süre maruz kalması, krom açısından zengin fazların çökelmesine, özellikle 475 derece C civarında, 475 derece C gevrekleşmesi olarak bilinen olguya neden olabilir. Ayrıca, 600 derece C ila 900 derece C gibi daha yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz bırakılması, sert ve kırılgan sigma fazının çökelmesine neden olabilir.

• Etki: Her iki olay da malzemenin plastisitesini ve dayanıklılığını önemli ölçüde azaltırken aynı zamanda korozyon direncini de azaltır.

• Uygulama Bilgisi: MSS borularının uzun vadeli çalışma sıcaklığı, bu hassas sıcaklık aralıklarından kaçınmak için tasarım açısından kesinlikle sınırlandırılmalıdır.