حالت های رایج شکست لوله های فولادی ضد زنگ مارتنزیتی در حین استفاده چیست؟

لوله های فولادی ضد زنگ مارتنزیتی به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی متوسط، آن را در بخش‌های حیاتی مانند فرآوری شیمیایی نفت و گاز و تولید برق بسیار مهم می‌داند، اما تحت شرایط استرس بالا و رسانه‌های تهاجمی خاص، MSS بسیار مستعد ترک‌خوردگی ناشی از محیط‌زیست است که یک حالت شکست رایج و شدید است.

1. ترک استرس سولفید (SSC)

SSC مخرب ترین مکانیسم خرابی لوله MSS را در شرایط "سرویس ترش" نفت و گاز که در آن سولفید هیدروژن HS وجود دارد، نشان می دهد.

• مکانیسم: سولفید هیدروژن بر روی سطح فلز تجزیه می‌شود و هیدروژن اتمی تولید می‌کند که به فولاد نفوذ می‌کند. مناطق با استحکام بالا و تمرکز تنش موضعی فولاد مارتنزیتی مانند مناطق سرد کار یا جوش‌ها، مکان‌های اصلی برای تجمع هیدروژن هستند.

• مناطق پرخطر: نواحی متاثر از حرارت (HAZ) با غلظت تنش بالا و لوله ها با سطوح سختی کنترل نشده (سختی بیش از حد) جوش دهید.

• روندهای صنعت: با توجه به افزایش فشارهای جزئی HS در محیط های عمیق و فوق عمیق چاه، صنعت به سمت فولادهای مارتنزیتی با کربن بسیار کم و اصلاح شده با نیکل همراه با فرآیندهای سخت گیر در دمای بالا برای به حداقل رساندن حساسیت SSC حرکت می کند.

2. ترک خوردگی استرس کلرید (CISCC)

• مکانیسم: یون‌های کلرید به فیلم غیرفعال روی سطح فولاد زنگ نزن آسیب می‌رسانند که محل‌هایی را برای تمرکز تنش ایجاد می‌کند.

• کاربردهای معمولی: ژنراتورهای بخار در نیروگاه‌ها، سیستم‌های تصفیه آب نمک با غلظت بالا و برخی از خطوط لوله شیمیایی با فشار بالا با دمای بالا.

رده دوم بارگذاری مکانیکی و آسیب ناشی از خستگی

از آنجایی که لوله MSS اغلب در اجزای باربر و دینامیکی استفاده می شود، خرابی آن اغلب مستقیماً به تنش های چرخه ای یا بارهای مکانیکی شدید مرتبط است.

1. شکست خستگی

خستگی رایج ترین حالت شکست مکانیکی برای مواد با استحکام بالا تحت بارگذاری چرخه ای مانند نوسانات فشار سیال یا ارتعاش مکانیکی است.

• مکانیسم: ترک‌ها معمولاً از نقص‌های سطحی شروع می‌شوند. خراش‌های دیوار داخلی حفره‌های خوردگی یا آخال‌های میکروسکوپی چرخه تنش دوره‌ای باعث آسیب انباشته در ناحیه پلاستیکی در نوک ترک می‌شود که منجر به انتشار آهسته ترک می‌شود تا زمانی که سطح مقطع باقی‌مانده دیگر نتواند بار آنی را تحمل کند و منجر به شکنندگی ناگهانی شود.

• مناطق پرخطر: شفت پمپ پره‌های توربین را که در آن از فولاد مارتنزیتی برای بخش‌های ریشه و بخش‌های با لرزش بالا در خطوط لوله حمل‌ونقل در مسافت‌های طولانی استفاده می‌شود، استفاده می‌کند.

• چالش فنی: استحکام خستگی به یکپارچگی سطح بسیار حساس است صیقل دادن سطح ظریف و کنترل عمق لایه سرد کار شده برای افزایش عمر خستگی MSS حیاتی است.

2. تردی هیدروژنی (HE)

ارتباط نزدیک با SSC HE را می توان با فرآیندهای ساخت مانند آبکاری الکتریکی یا ترشی یا حفاظت کاتدی نامناسب در طول سرویس مستقل از حضور سولفیدها القا کرد.

• مکانیسم: فولاد هیدروژن اتمی را جذب می‌کند که منجر به کاهش شدید چقرمگی شکل‌پذیری و استحکام شکست می‌شود، حتی بدون عوامل خورنده خارجی، اگر تنش کششی وجود داشته باشد، اتم‌های هیدروژن باعث ایجاد و رشد ترک می‌شوند.

رده سوم پایداری حرارتی و تخریب ریزساختاری

عملکرد فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به شدت به ساختار ریزساختار پایدار آن وابسته است قرار گرفتن در معرض دمای نامناسب می تواند منجر به تخریب ریزساختار و کاهش شدید عملکرد شود.

1. تردی مزاج

برخی از عناصر آلیاژی مانند قلع فسفر و آنتیموان می‌توانند در طول سرد شدن آهسته یا قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در محدوده 350 درجه سانتی‌گراد تا 550 درجه سانتی‌گراد در امتداد مرزهای دانه جدا شوند.

• نتیجه: در حالی که سختی ممکن است تغییر قابل توجهی نداشته باشد، مقاومت ماده در برابر تنش ضربه به سرعت در دماهای پایین یا نرخ کرنش بالا بدتر می شود و آن را به شدت مستعد شکست ترد می کند.

• اقدامات پیشگیرانه: استفاده از خاموش کردن آب یا خنک کردن سریع در محدوده دمای بحرانی شکنندگی پس از تلطیف.

2. 475 درجه سانتیگراد تردی و بارش فاز سیگما

قرار گرفتن در معرض طولانی مدت فولاد ضد زنگ مارتنزیتی در محدوده 400 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد می تواند منجر به بارش فازهای غنی از کروم به ویژه در حدود 475 درجه سانتیگراد شود که باعث ایجاد پدیده ای به نام شکنندگی 475 درجه سانتیگراد می شود و همچنین قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در دماهای بالاتر از 6090 تا 0 درجه سانتیگراد می تواند منجر به ریزش فازهای غنی از کروم شود. بارش فاز سیگما سخت و شکننده.

• تاثیر: هر دو پدیده به طور قابل توجهی انعطاف پذیری و چقرمگی مواد را کاهش می دهند و به طور همزمان مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهند.

• بینش کاربرد: دمای عملیات طولانی مدت لوله MSS باید در طراحی کاملاً محدود باشد تا از این محدوده های دما حساس جلوگیری شود.