17-4 Выпадкі вадароднай охрупченнасці і разбурэння пад уздзеяннем скарачэнняў: папераджальныя сігналы для закупак у аэракасмічнай і нафтагазавай прамысловасці

Рэзюмэ: Высокая трываласць сталі 17-4 PH робіць яе незаменнай у аэракасмічнай і нафтагазавай прамысловасці, але яна таксама вельмі схільная да вадароднай охрупченнасці і каразійнага растрэсквання пад напружаннем. У гэтым кіраўніцтве аналізуюцца рэальныя выпадкі паломак, каб вызначыць механізмы іх узнікнення, сцэнарыі высокай рызыкі і меры кантролю за закупкамі, якія прадухіляюць паломкі ў крыніцы.

Уводзіны

Сярод усіх тыпаў адмоваў 17-4 PHВадароднае охрупчванне (ВА) і каразійнае растрэскванне пад напружаннем (КРН) — два найбольш падступныя тыпы каразійнага растрэсквання. Яны не праяўляюцца ў выглядзе відавочнай пластычнай дэфармацыі і не даюць папераджальных прыкмет каразійнага патанчэння. Замест гэтага яны часта выклікаюць раптоўнае далікатнае разбурэнне неўзабаве пасля ўводу матэрыялу ў эксплуатацыю.

Больш крытычна, Асноўныя прычыны гэтых двух тыпаў паломак часта крыюцца не ў самім матэрыяле, а ў рашэннях аб закупках адносна выбару ўмоў тэрмічнай апрацоўкі, патрабаванняў да апрацоўкі паверхні і адпаведнасці ўмовам эксплуатацыі.Адной няправільнай спецыфікацыі ўмоў старэння, аднаго адсутнага патрабавання да дэгідрагенізацыі або аднаго нераспазнанага вільготнага серавадароднага асяроддзя дастаткова, каб ператварыць партыю адпаведнага матэрыялу 17-4 PH у патэнцыйную крыніцу паломкі.

Гэты артыкул пачынаецца з рэальных выпадкаў няўдач, аналізуе ланцужкі трыгераў абодвух тыпаў няўдач па ўзроўнях і прапануе кантрольны спіс прафілактыкі з боку закупак.

1. Вадародная ломкасць: рызыка высокай трываласці

Механізм збою

Вадародная охрупченнасць узнікае, калі атамы вадароду дыфундуюць у сталёвую рашотку і назапашваюцца ў зонах канцэнтрацыі напружанняў. Гэта зніжае глейкасць разрушэння і ў канчатковым выніку прыводзіць да далікатнага разрушэння. Успрымальнасць 17-4 PH значна павялічваецца з ростам трываласці.Стан H900 — гэта стан старэння з найвышэйшай рызыкай вадароднай ломкасці., таму што яго цвёрдасць (40–47 HRC) і трываласць (190 ksi UTS) знаходзяцца на пікавых узроўнях.

Вадарод можа паступаць трыма асноўнымі шляхамі:

1. Гальваніка і травленнеПадчас цвёрдага храмавання, травлення і гальванічнага пакрыцця катоднае выдзяленне вадароду ўтварае атамарны вадарод, які дыфузуе ў падкладку.
2. Катодная абаронаУ марской вадзе ахвярныя аноды або сістэмы катоднай абароны з уведзеным токам могуць знізіць патэнцыял 17-4 PH да -0,9 В (SCE), што прывядзе да вылучэння і пранікнення вадароду.
3. Каразійныя рэакцыіУ кіслых або сульфідзмяшчальных асяроддзях катодны працэс самой карозіі можа генераваць атамарны вадарод.

Рэальныя выпадкі няўдач

Выпадак 1: Разбурэнне штока клапана з-за вадароднай ахрыплівасці з-за няправільнай тэрмічнай апрацоўкі

Шток клапана 17-4 PH у засаўцы нафтахімічнага трубаправода раптоўна зламаўся пасля кароткага перыяду службы. Аналіз разбурэння паказаў, што шток падвергнуўся няправільнае лячэнне старэння, што прывяло да празмернай цвёрдасці і значнага павелічэння схільнасці да вадароднай охрупченнасці. Металаграфічнае даследаванне таксама выявіла палосы сегрэгацыі мартэнсіту і бейніту, што сведчыць аб дэфектах ліцця. Канчатковая выснова: разбурэнне ствала было непасрэдна звязана з вадароднай охрупченнасцю ў зоне канцэнтрацыі напружанняў.

Урок па закупкахАсноўнай праблемай у гэтым выпадку быў не выбар матэрыялу, а адсутнасць кантролю за станам тэрмічнай апрацоўкіКалі б у замове на куплю быў выразна пазначаны стан H1150 (цвёрдасць 28–37 HRC) і патрабаваліся запісы аб тэрмічнай апрацоўцы, гэтай памылкі можна было б цалкам пазбегнуць.

Выпадак 2: Вадароднае охрупненне цвёрдахрамаванага цыліндравага вузла

Пасля рамонту цвёрдым храмаваннем у цыліндры PH 17-4 з'явіліся вялікія расколіны. Аналіз пацвердзіў, што пашкоджанне было звязана з вадароднай охрупчанасцю, прычым паверхні разломаў мелі міжкрышталітную і квазіскольную марфалогію. Бурбалкі вадароду, якія ўтвараліся падчас хрому, перашкаджалі ўтварэнню шчыльнага слоя хрому, і наступнае зняцце напружання і апрацоўка абпалам не змаглі эфектыўна прадухіліць вадародную охрупченнасцьУ даследаванні выразна адзначалася, што вадарод можа трапляць падчас этапаў апрацоўкі перад гальванічным нанясеннем плакі для такіх высокатрывалых сталей, і запяканне не заўсёды можа ліквідаваць гэтую рызыку.

Урок па закупках: Патрабаванні да дэгідрагенізацыі для плакаваных дэталяў павінны быць выразна прапісаны ў замове на куплю.ASTM A380 рэкамендуе абпал нержавеючай сталі пасля травлення; ASTM B849/B850 усталёўвае парог трываласці 1000 МПа (прыблізна 145 ксі): Сталёвыя дэталі, якія перавышаюць гэты парог, павінны падвяргацца дэгідрацыйнаму абпалу пасля гальванічнага пакрыцця або травлення.Умова H900 з 17-4 PH (UTS 190 ksi) значна перавышае гэты парог, што робіць выпечку абавязковай мерай кантролю рызык.

Пункты прафілактыкі на баку закупак

2. Каразійнае расколванне пад напружаннем: калі навакольнае асяроддзе і напружанне спалучаюцца

Механізм збою

Каразійнае растрэскванне пад напружаннем узнікае ў выніку сінергічнага дзеяння расцяжэнняў і спецыфічнага каразійнага асяроддзя. Успрымальнасць да каразійнага растрэсквання пад напружаннем 17-4 PH таксама павялічваецца з трываласцю.Умова H900 нясе найбольшую рызыку разбурэння пластовага карозу ў асяроддзі з высокай тэмпературай вады, хларыдам і вільготным серавадародам..

Даследаванні паказваюць, што 17-4 PH ва ўмовах H900 можа падвяргацца SCC нават у высокачыстай вадзе пры тэмпературы 93–288°C (200–550°F) пры адносна нізкіх нагрузках. Гэта азначае, што кампаненты H900 у высокатэмпературных водных асяроддзях, такіх як атамныя электрастанцыі і нафтахімічныя заводы, патрабуюць асаблівай увагі.

Фактары навакольнага асяроддзя

Рэальны выпадак няўдачы

Выпадак: разбурэнне вала вінтавой лодкі SCC

Вал вяслярнага гребного вала 17-4 PH зламаўся падчас эксплуатацыі ў марскім асяроддзі. Аналіз пацвердзіў, што паломка была выклікана... камбінаваная круцільная стомленасць і каразійнае растрэскванне пад напружаннем, прычым SCC распаўсюджваецца транскрышталітна праз мартэнсітную матрыцу. Вал быў распрацаваны з адносна высокай трываласцю, і хларыды ў марскім асяроддзі бесперапынна ўздзейнічалі на зоны канцэнтрацыі напружанняў, што ў канчатковым выніку прывяло да далікатнага разрушэння.

Урок па закупкахДля кампанентаў 17-4 PH у марскім асяроддзі, Варта надаць прыярытэт умовам H1150 або H1150MУ тэхнічным пашпарце Atlas Steels выразна пазначана, што сталь 17-4 PH, вытрыманая пры тэмпературы 550°C або вышэй, мае... высокая ступень устойлівасці да каразійнага растрэсквання пад напружаннемНягледзячы на ​​тое, што ўмова H900 забяспечвае найвышэйшую трываласць, рызыка разбурэння паверхневага шару ў марскім асяроддзі робіць яго непажаданым выбарам.

Межы адпаведнасці NACE MR0175

Для асяроддзя эксплуатацыі нафтагазавай прамысловасці з высокім утрыманнем кіслаты NACE MR0175 / ISO 15156-3 усталёўвае выразныя абмежаванні на 17-4 PH:

• Мяжа цвёрдасці33 HRC (для гатовых кампанентаў)
• Дапушчальныя ўмовы вытрымкіТолькі H1150M (760°C/1400°F на працягу 2 гадзін + 620°C/1150°F на працягу 4 гадзін падвойнае старэнне) і DH1150 (620°C/1150°F падвойнае старэнне). H1150D — гэта альтэрнатыўнае абазначэнне для DH1150.
• Ліміт напружанняДля часовага абсталявання NACE MR0175 абмяжоўвае максімальнае прыкладзенае напружанне 60% ад зададзенай мінімальнай мяжы цякучасці.

Даследаванне, заснаванае на 51 наборы выпрабаванняў метаду А NACE TM0177, дадаткова ўдакладніла межы эксплуатацыі: пры неабмежаваным парцыяльным ціску кіслага газу парогавае напружанне расцяжэння, пры якім 17-4 PH (HH1150) не раскочваецца, складае 45%–60% SMYS пры пакаёвай тэмпературы. Пры павышэнні тэмпературы ад 21°C да 177°C успрымальнасць да SSC ​​значна зніжаецца. Кантроль утрымання δ-ферыту можа істотна знізіць рызыку SSC..

Пункты прафілактыкі на баку закупак

3. Крытычныя пункты ў дакументах аб закупцы

Зыходзячы з вышэйзгаданых механізмаў разбурэння і выпадкаў, заказ на пастаўку 17-4 PH павінен утрымліваць як мінімум наступныя палажэнні аб прадухіленні вадароднай охрупченнасці і падземнага крывацёку:

Умова тэрмічнай апрацоўкі

• Выразна ўкажыце ўмовы старэння; H1150M або DH1150 абавязковы для асяроддзяў з кіслай нафтай і газам.
• Аддаваць прыярытэт H1150 для марскога асяроддзя; H900 забаронены
• Патрабаваць, каб крывыя тэрмічнай апрацоўкі былі прадстаўлены разам з адгрузкай

Апрацоўка паверхні

• Калі выкарыстоўваецца гальванізацыя або тручэнне, трэба выразна ўказаць параметры дэгідрагенізацыі і выпякання.
• Патрабаваць ад пастаўшчыка прадастаўленне дакументаў аб выпечцы

Хімічны склад

• Для прымянення ў кіслым асяроддзі неабходна ўлічваць унутраны кантроль утрымання S на ўзроўні ≤0,003% па вазе
• Патрабаваць ад пастаўшчыка справаздачы аб утрыманні δ-ферыту (пры неабходнасці)

Кантроль цвёрдасці

• Прымяненне NACE: цвёрдасць гатовай апрацоўкі ≤ 33 HRC
• Прымяненне не па NACE: цвёрдасць не павінна перавышаць верхнюю мяжу, указаную ў спецыфікацыі пакупкі; пазбягайце непатрэбных запасаў трываласці

Інспекцыя і сертыфікацыя

• Патрабаваць ад пастаўшчыка прадастаўлення справаздачы аб ацэнцы схільнасці да вадароднай ломкасці (пры неабходнасці)
• Для прымянення ў кіслым асяроддзі патрабуецца дэкларацыя адпаведнасці NACE MR0175

4. Метады хуткага скрынінгу на месцы

Падчас уваходнага кантролю для хуткага выяўлення прыкмет высокай вадароднай ломкасці і рызыкі разбурэння пад напругай можна выкарыстоўваць наступныя метады:

5. Заключэнне

Вадародная охрупченнасць і каразійнае растрэскванне пад напружаннем у 17-4 PH у асноўным узнікаюць з-за неадпаведнасці паміж высокай трываласцю і каразійным асяроддзем. Умова H900 забяспечвае найвышэйшую трываласць, але таксама адкрывае магчымасць для вадароднай охрупченнасці і каразійнага растрэсквання пад напружаннем. Гальваніка і травленне паляпшаюць характарыстыкі паверхні, але таксама ўводзяць крыніцу вадароду. Кіслыя нафтагазавыя асяроддзі ўстанаўліваюць патрабаванні да каразійнай стойкасці, але таксама абмяжоўваюць прыдатныя ўмовы старэння.

Логіка прафілактыкі з боку закупак зразумелая і прамая: выбірайце рэжым тэрмічнай апрацоўкі з найменшай рызыкай пры выкананні патрабаванняў да трываласці; абавязковае дэгідраванне пры гальванічным пакрыцці або тручэнні; і строга выконвайце цвёрдасць і абмежаванні ўмоў NACE MR0175 у кіслым або марскім асяроддзі..

Калі пастаўшчык кажа: «Наш 17-4 PH абсалютна адпавядае патрабаванням», наступнае пытанне, якое вам варта задаць: Якія ўмовы тэрмічнай апрацоўкі? Якая цвёрдасць? Ці ёсць запіс аб дэгідраванай выпечцы? Ці адпавядае гэта патрабаванням NACE?

Стандарты і адмова ад адказнасці

Выпадкі адмоваў, дадзеныя і патрабаванні да прафілактыкі, прыведзеныя ў гэтым артыкуле, сабраны ў адпаведнасці з наступнымі дзеючымі стандартамі і літаратурай:

• NACE MR0175 / ISO 15156-3Нафтавая і газавая прамысловасць — Матэрыялы для выкарыстання ў асяроддзях, якія змяшчаюць H₂S
• ASTM A380Стандартная практыка ачысткі, выдалення акаліны і пасівацыі дэталяў з нержавеючай сталі
• ASTM B849 / B850Стандартныя спецыфікацыі на папярэднюю апрацоўку жалеза або сталі для зніжэння рызыкі вадароднай ломкасці
• NACE TM0177Лабараторныя выпрабаванні металаў на ўстойлівасць да сульфіднага расколвання пад напружаннем
• АМС 5643ВАэракасмічная спецыфікацыя 17-4 PH

Заява аб версіі: Усе згаданыя стандарты пастаянна пераглядаюцца. Дадзеныя ў гэтым артыкуле адлюстроўваюць выданні, якія дзейнічалі на момант публікацыі. Канкрэтныя значэнні, крытэрыі прыёмкі і патрабаванні да праверкі рэгулююцца пераглядам спецыфікацыі, відавочна пазначаным у дагаворы куплі-продажу або замове.

Адмова ад адказнасці: Гэты артыкул прадстаўлены толькі для закупак і тэхнічнай даведкі і не з'яўляецца вызначэннем адпаведнасці для якой-небудзь канкрэтнай партыі матэрыялу. Аналіз фактычных разбурэнняў павінен быць ацэнены шляхам спалучэння аналізу разлому, металаграфічнага даследавання і аналізу хімічнага складу.

Пра аўтара

Гэты артыкул быў напісаны тэхнічнай камандай Shaanxi Zhuohua Steel Co., Ltd. Кампанія спецыялізуецца на пастаўках і прыёмцы дысперсійна-ўмацаванай нержавеючай сталі аэракасмічнага класа, абслугоўваючы кліентаў у нафтагазавай, аэракасмічнай і прамысловай галінах, а таксама ў галіне абсталявання, якое працуе пад ціскам. Калі вам патрэбна дапамога ў выбары падвойнага крэмнення з выкарыстаннем вадароду класа 17-4 PH і падборы падліўнага крэмнію, звярніцеся да нашай тэхнічнай каманды.