อะไรคือโหมดความล้มเหลวทั่วไปของท่อสแตนเลสมาร์เทนซิติกระหว่างการใช้งาน

ท่อสแตนเลสมาร์เทนซิติก มีคุณค่าในด้านความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อนในระดับปานกลาง ทำให้มีความสำคัญอย่างยิ่งในภาคส่วนที่มีความสำคัญ เช่น น้ำมันและก๊าซ กระบวนการทางเคมี และการผลิตกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะที่มีความเครียดสูงและตัวกลางที่มีฤทธิ์รุนแรงเฉพาะ MSS มีความไวสูงต่อการแตกร้าวที่เกิดจากสิ่งแวดล้อม รูปแบบความล้มเหลวที่แพร่หลายและรุนแรง

1. การแคร็กความเครียดด้วยซัลไฟด์ (SSC)

SSC แสดงถึงกลไกความล้มเหลวที่สร้างความเสียหายได้มากที่สุดสำหรับท่อ MSS ในสภาวะ "บริการที่มีรสเปรี้ยว" ของน้ำมันและก๊าซ ซึ่งมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ HS ปรากฏอยู่

• กลไก: ไฮโดรเจนซัลไฟด์สลายตัวบนพื้นผิวโลหะทำให้เกิดไฮโดรเจนอะตอมมิกซึ่งแทรกซึมเข้าไปในเหล็ก พื้นที่ที่มีความแข็งแรงสูงและมีความเข้มข้นของความเค้นเฉพาะจุดของเหล็กมาร์เทนซิติก เช่น โซนงานเย็นหรือรอยเชื่อมเป็นจุดสำคัญสำหรับการสะสมของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนที่ติดอยู่ทำให้เกิดการลดความเป็นพลาสติกในท้องถิ่นและการเปราะทำให้เกิดการแตกหักอย่างกะทันหันภายใต้ความเค้นดึงที่ต่ำกว่าความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุมาก

• โซนที่มีความเสี่ยงสูง: เชื่อมบริเวณโซนรับผลกระทบความร้อน (HAZ) ที่มีความเข้มข้นของความเครียดสูงและท่อที่มีระดับความแข็งที่ไม่สามารถควบคุมได้ (ความแข็งมากเกินไป)

• แนวโน้มอุตสาหกรรม: เนื่องจากแรงกดดันบางส่วนของ HS ที่เพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีหลุมลึกและหลุมลึกพิเศษ อุตสาหกรรมจึงเปลี่ยนไปสู่เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกที่มีคาร์บอนต่ำพิเศษและดัดแปลงด้วยนิกเกิล รวมกับกระบวนการแบ่งเบาบรรเทาอุณหภูมิสูงที่เข้มงวดเพื่อลดความไวต่อ SSC ให้เหลือน้อยที่สุด

2. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดจากคลอไรด์ (CISCC)

• กลไก: ไอออนของคลอไรด์ทำลายฟิล์มแพสซีฟบนพื้นผิวสแตนเลส ทำให้เกิดความเข้มข้นของความเค้น ภายใต้รอยแตกร้าวจากแรงดึงที่ยืดเยื้อ จะเริ่มและแพร่กระจายทั้งแบบข้ามแกรนูลหรือตามขอบแกรนูลในที่สุด นำไปสู่ความล้มเหลวผ่านผนัง

• การใช้งานทั่วไป: เครื่องกำเนิดไอน้ำในโรงไฟฟ้า ระบบบำบัดน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นสูงและท่อส่งสารเคมีแรงดันสูงอุณหภูมิสูงบางประเภท

ประเภทสองการโหลดทางกลและความเสียหายจากความเมื่อยล้า

เนื่องจากท่อ MSS มักใช้ในส่วนประกอบรับน้ำหนักและไดนามิก ความล้มเหลวจึงมักเชื่อมโยงโดยตรงกับความเค้นแบบวงจรหรือโหลดทางกลที่รุนแรง

1. ความล้มเหลวเมื่อยล้า

ความล้าเป็นโหมดความล้มเหลวทางกลที่พบบ่อยที่สุดสำหรับวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงภายใต้การโหลดแบบวนรอบ เช่น ความผันผวนของแรงดันของเหลวหรือการสั่นสะเทือนทางกล

• กลไก: โดยทั่วไปรอยแตกร้าวจะเกิดขึ้นที่ข้อบกพร่องที่พื้นผิว รอยขีดข่วนผนังภายใน หลุมการกัดกร่อนหรือการรวมตัวด้วยกล้องจุลทรรศน์ การหมุนเวียนของความเครียดเป็นระยะทำให้เกิดความเสียหายสะสมในบริเวณพลาสติกที่ปลายรอยแตกร้าว ส่งผลให้รอยแตกร้าวแพร่กระจายช้าลงจนกระทั่งหน้าตัดที่เหลือไม่สามารถรับภาระที่เกิดขึ้นทันทีได้อีกต่อไป ส่งผลให้แตกหักเปราะกะทันหัน

• โซนที่มีความเสี่ยงสูง: เพลาปั๊มใบพัดกังหันที่ใช้เหล็กมาร์เทนซิติกสำหรับส่วนรากและส่วนที่มีการสั่นสะเทือนสูงในท่อขนส่งทางไกล

• ความท้าทายทางเทคนิค: ความแข็งแรงของความล้ามีความไวสูงต่อความสมบูรณ์ของพื้นผิว การขัดพื้นผิวอย่างละเอียดและการควบคุมความลึกของชั้นงานเย็นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการยืดอายุความล้าของ MSS

2. การแตกตัวของไฮโดรเจน (HE)

ความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับ SSC HE สามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการผลิต เช่น การชุบด้วยไฟฟ้าหรือการดอง หรือโดยการป้องกันแคโทดที่ไม่เหมาะสมระหว่างการบริการ โดยไม่จำเป็นต้องมีซัลไฟด์

• กลไก: เหล็กดูดซับไฮโดรเจนของอะตอม ส่งผลให้ความเหนียวและความแข็งแรงของการแตกหักลดลงอย่างมาก แม้ว่าจะไม่มีสารกัดกร่อนภายนอก หากมีความเครียดจากแรงดึง อะตอมของไฮโดรเจนก็จะส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสของรอยแตกและการเจริญเติบโต

หมวดที่สาม ความเสถียรทางความร้อนและความเสื่อมโทรมของโครงสร้างจุลภาค

ประสิทธิภาพของเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกต้องอาศัยโครงสร้างจุลภาคที่มีความเสถียรอย่างมาก การสัมผัสกับอุณหภูมิที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่การเสื่อมสลายของโครงสร้างจุลภาคและประสิทธิภาพการทำงานลดลงอย่างรวดเร็ว

1. อารมณ์แปรปรวน

องค์ประกอบโลหะผสมบางอย่าง เช่น ดีบุกฟอสฟอรัสและพลวงสามารถแยกตัวไปตามขอบเขตของเกรนในระหว่างการทำความเย็นอย่างช้าๆ หรือการสัมผัสเป็นเวลานานในช่วงอุณหภูมิ 350 องศา C ถึง 550 องศา C สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียความเหนียวกระแทกของเหล็กอย่างมาก ส่งผลให้เกิดการเปราะจากอุณหภูมิ

• ผลที่ตามมา: แม้ว่าความแข็งอาจไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ความต้านทานต่อแรงกระแทกของวัสดุจะลดลงอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิต่ำหรืออัตราความเครียดสูง ซึ่งทำให้มีความเสี่ยงสูงต่อการแตกหักแบบเปราะ

• มาตรการป้องกัน: ใช้การชุบน้ำหรือการทำความเย็นอย่างรวดเร็วผ่านช่วงอุณหภูมิการแตกตัวที่สำคัญหลังจากการอบคืนตัว

2. 475 องศา C การก่อตัวและการตกตะกอนของเฟสซิกมา

การสัมผัสกับสเตนเลสมาร์เทนซิติกในระยะยาวในช่วงอุณหภูมิ 400 องศา C ถึง 500 องศา C สามารถนำไปสู่การตกตะกอนของเฟสที่อุดมด้วยโครเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งประมาณ 475 องศา C ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเปราะ 475 องศา C นอกจากนี้ การเปิดรับแสงเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงกว่า เช่น 600 องศา C ถึง 900 องศา C สามารถทำให้เกิดการตกตะกอนของเฟสซิกมาที่แข็งและเปราะ

• ผลกระทบ: ปรากฏการณ์ทั้งสองลดความเป็นพลาสติกและความเหนียวของวัสดุลงอย่างมาก ขณะเดียวกันก็ลดความต้านทานการกัดกร่อนไปพร้อมกัน

• ข้อมูลเชิงลึกด้านการใช้งาน: อุณหภูมิในการทำงานในระยะยาวของท่อ MSS จะต้องถูกจำกัดในการออกแบบอย่างเคร่งครัดเพื่อหลีกเลี่ยงช่วงอุณหภูมิที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้