Các chế độ hư hỏng phổ biến của ống thép không gỉ martensitic trong quá trình sử dụng là gì

Ống thép không gỉ Martensitic được đánh giá cao nhờ độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải, khiến nó trở nên quan trọng trong các lĩnh vực quan trọng như xử lý hóa chất dầu khí và sản xuất điện. Tuy nhiên, trong điều kiện áp lực cao và môi trường khắc nghiệt cụ thể, MSS rất dễ bị nứt do môi trường, một dạng hư hỏng phổ biến và nghiêm trọng.

1. Cracking ứng suất sunfua (SSC)

SSC đại diện cho cơ chế hư hỏng có sức tàn phá lớn nhất đối với ống MSS trong điều kiện "chua" dầu khí khi có mặt hydro sunfua HS.

• Cơ chế: Hydro sunfua phân hủy trên bề mặt kim loại tạo ra hydro nguyên tử thấm vào thép. Các khu vực tập trung ứng suất cục bộ và cường độ cao của thép martensitic như vùng gia công nguội hoặc các mối hàn là những vị trí chính để tích tụ hydro. Hydro bị giữ lại gây ra sự giảm độ dẻo cục bộ và độ giòn dẫn đến gãy xương đột ngột dưới ứng suất kéo thấp hơn nhiều so với cường độ chảy của vật liệu.

• Vùng có rủi ro cao: Hàn các vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ) có nồng độ ứng suất cao và ống có mức độ cứng không được kiểm soát (độ cứng quá mức).

• Xu hướng Ngành: Do áp suất riêng phần HS tăng trong môi trường giếng sâu và siêu sâu, ngành đang chuyển sang sử dụng thép martensitic biến đổi niken và cacbon cực thấp kết hợp với quy trình ủ ở nhiệt độ cao nghiêm ngặt để giảm thiểu tính nhạy cảm của SSC.

2. Cracking do ăn mòn do ứng suất clorua (CISCC)

• Cơ chế: Các ion clorua phá hủy màng thụ động trên bề mặt thép không gỉ, tạo ra các vị trí tập trung ứng suất. Dưới ứng suất kéo kéo dài, các vết nứt bắt đầu và lan truyền theo dạng xuyên hạt hoặc giữa các hạt, cuối cùng dẫn đến phá hủy xuyên tường.

• Các ứng dụng điển hình: Máy tạo hơi nước trong các hệ thống xử lý nước muối nồng độ cao của nhà máy điện và một số đường ống dẫn hóa chất áp suất cao, nhiệt độ cao.

PHÂN LOẠI HAI TẢI CƠ KHÍ VÀ THIỆT HẠI MỆT MỎI

Do ống MSS thường được sử dụng trong các bộ phận chịu tải và động nên hư hỏng của nó thường liên quan trực tiếp đến ứng suất tuần hoàn hoặc tải trọng cơ học cực lớn.

1. Thất bại do mệt mỏi

Mệt mỏi là dạng hư hỏng cơ học phổ biến nhất đối với các vật liệu có độ bền cao dưới tải trọng tuần hoàn như dao động áp suất chất lỏng hoặc rung động cơ học.

• Cơ chế: Các vết nứt thường bắt đầu ở các khuyết tật bề mặt như vết trầy xước trên tường bên trong, hố ăn mòn hoặc các tạp chất cực nhỏ Chu trình ứng suất định kỳ gây ra hư hỏng tích lũy trong vùng dẻo ở đầu vết nứt dẫn đến sự lan truyền vết nứt chậm cho đến khi mặt cắt ngang còn lại không còn chịu được tải trọng tức thời dẫn đến gãy giòn đột ngột.

• Khu vực có rủi ro cao: Cánh tuabin trục bơm nơi thép martensitic được sử dụng cho các phần gốc và các phần có độ rung cao trong đường ống vận chuyển đường dài.

• Thách thức kỹ thuật: Độ bền mỏi rất nhạy cảm với tính toàn vẹn bề mặt Việc đánh bóng bề mặt mịn và kiểm soát độ sâu của lớp gia công nguội là rất quan trọng để nâng cao tuổi thọ mỏi của MSS.

2. Độ giòn hydro (HE)

Liên quan chặt chẽ đến SSC HE có thể được tạo ra bởi các quy trình sản xuất như mạ điện hoặc tẩy rửa hoặc bằng cách bảo vệ catốt không đúng cách trong quá trình sử dụng mà không phụ thuộc vào sự hiện diện của sunfua.

• Cơ chế: Thép hấp thụ hydro nguyên tử dẫn đến giảm mạnh độ dẻo dai và độ bền đứt gãy. Ngay cả khi không có tác nhân ăn mòn bên ngoài nếu có ứng suất kéo thì các nguyên tử hydro sẽ thúc đẩy quá trình tạo mầm và phát triển vết nứt.

ĐỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BA VÀ SỰ PHÂN BIỆT CẤU TRÚC VI MÔN

Hiệu suất của thép không gỉ martensitic phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc vi mô được tôi luyện ổn định của nó. Việc tiếp xúc với nhiệt độ không thích hợp có thể dẫn đến suy thoái cấu trúc vi mô và giảm mạnh hiệu suất.

1. Tính nóng nảy

Một số nguyên tố hợp kim nhất định như thiếc phốt pho và antimon có thể phân tách dọc theo ranh giới hạt trong quá trình làm nguội chậm hoặc tiếp xúc kéo dài trong khoảng từ 350 độ C đến 550 độ C. Điều này dẫn đến sự mất đi đáng kể độ bền va đập của thép dẫn đến hiện tượng giòn nóng.

• Hậu quả: Mặc dù độ cứng có thể không thay đổi đáng kể nhưng khả năng chống chịu va đập của vật liệu nhanh chóng suy giảm ở nhiệt độ thấp hoặc tốc độ biến dạng cao khiến nó rất dễ bị gãy giòn.

• Các biện pháp phòng ngừa: Sử dụng phương pháp làm nguội bằng nước hoặc làm nguội nhanh trong phạm vi nhiệt độ giòn tới hạn sau khi ủ.

2. Độ giòn 475 độ C và lượng mưa pha Sigma

Sự tiếp xúc lâu dài của thép không gỉ martensitic trong khoảng từ 400 độ C đến 500 độ C có thể dẫn đến sự kết tủa của các pha giàu crom, đặc biệt là khoảng 475 độ C gây ra hiện tượng được gọi là giòn ở 475 độ C. Hơn nữa, việc tiếp xúc kéo dài ở nhiệt độ cao hơn như 600 độ C đến 900 độ C có thể gây ra sự kết tủa của pha sigma cứng và giòn.

• Tác động: Cả hai hiện tượng này đều làm giảm đáng kể độ dẻo và dai của vật liệu đồng thời làm giảm khả năng chống ăn mòn.

• Thông tin chi tiết về ứng dụng: Nhiệt độ hoạt động lâu dài của ống MSS phải được giới hạn nghiêm ngặt trong thiết kế để tránh những phạm vi nhiệt độ nhạy cảm này.