Aký je maximálny povolený prah praskania korózie namáhaním sulfidom 316 vystavený plášť ohrievača z nehrdzavejúcej ocele v roztoku A NACE TM0177 pri 24 stupňoch a 80 stupňoch

Teplotná závislosť citlivosti SSC austenitickej nehrdzavejúcej ocele

Teplotná-kontrola rizika korózneho praskania sulfidovým napätím (SSC) elektrických vykurovacích rúrok v kyslých prevádzkových prostrediach (ohrievače vody na ropných poliach, geotermálne systémy alebo ohrievače rafinérskych procesov) nie je-monotónna, tj riziko nie je jednoducho funkciou teploty. Na rozdiel od chloridom indukovaného SCC, ktorý je závažnejší so zvyšujúcou sa teplotou, SSC z austenitických nehrdzavejúcich ocelí, ako je 316, má maximálnu citlivosť pri teplote okolia (20-30 stupňov) a je značne znížená pri zvýšených teplotách (nad 80 stupňov). 316 v NACE TM0177 roztoku A (5% hmotn. 2.7-3.0) má prahové napätie pre SSC približne 60-70 % svojej medze klzu pri 24 stupňoch. To znamená, že napätia vyššie ako 120-140 MPa (pre žíhaný 316 s medzou klzu ~ 205 MPa) povedú k praskaniu za 720 hodín. Pri 80 stupňoch sa prah posúva nahor, aby sa dosiahla medza klzu (blízko 200 MPa), čo ukazuje podstatne menšiu náchylnosť SSC. V tomto dokumente sú prahové hodnoty SSC pre 316 puzdier kvantifikované ako funkcia teploty.

Pôvod teploty-Závislá citlivosť SSC

Sulfidové korózne praskanie nastáva, keď atómový vodík, ktorý vzniká koróznou reakciou (Fe + H2S → FeS + 2H), difunduje do ocele a krehne mikroštruktúru. V prípade austenitických nehrdzavejúcich ocelí, ako je 316, je difúzia vodíka pri izbovej teplote pomalá, pretože kubická (FCC) štruktúra so stredom čelnej strany má za následok nízku difuzivitu vodíka (okolo 10-12 až 10-11 cm2/s pri 25 stupňoch oproti 10-6 cm2/s pre feritické ocele). Avšak práca za studena v kombinácii s vysokou tvrdosťou a vysokou hustotou dislokácií môže spôsobiť náchylnosť 316. Pri vyšších teplotách (> 60-80 stupňov) sa difuzivita vodíka zvyšuje, ale zvyšuje sa aj tolerancia voči vodíku, pretože dislokácie sa môžu posunúť, aby sa uvoľnili miestne napätia. Rýchlosť korózie sa tiež zvyšuje s teplotou, čo vedie k väčšej produkcii vodíka, ale reakcia rekombinácie vodíka je menej otrávená H2S pri vyšších teplotách. Čistým dôsledkom je teda maximálna náchylnosť na SSC medzi 20 a 40 stupňami a rýchly pokles nad 60 stupňov.

Kvantifikované limity SSC pri 24 stupňoch a 80 stupňoch

Testovanie SSC žíhanej nehrdzavejúcej ocele 316 s konštantným zaťažením s tvrdosťou < 200 HV v NACE TM0177 Solution A stanovilo nasledujúce prahové napätia pre praskanie počas normálnej 720-hodinovej skúšobnej doby.

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 HV) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35 % CW) 500-650 300-500 60-70 % Stredné
Kritická interakcia tvrdosti{0}}odolnosti SSC

Maximálna tvrdosť 22 HRC (približne 250 HV) je povolená pre austenitické nehrdzavejúce ocele v kyslom prostredí podľa NACE MR0175/ISO 15156 (špecifikácia pre materiály v prostrediach obsahujúcich H₂S-). Táto hranica tvrdosti zodpovedá maximálnej práci za studena asi 15-20%. V tabuľke nižšie sú uvedené obmedzenia tvrdosti a ich dôsledky na SSC pri izbovej teplote.

Maximálna tvrdosť (HRC) Maximálna tvrdosť (HV) Ekvivalent za studena SSC Prahové napätie (MPa, 24 stupňov, žíhaná základňa)316 Prijateľné podľa NACE MR0175<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12 % 120 Áno (obmedzene)
20-22 230-250 12-18 % 100 okrajových
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Praktické odporúčania pre aplikácie ohrievacích zariadení v kyslom prostredí

Nasledujúce odporúčania sú založené na prevádzkovej teplote pre ohrievače 316 s plášťom na použitie v prevádzke H2S (parciálny tlak H2S nad 0,05 psia alebo koncentrácia nad 10 ppm v kvapalnej vode).

Prevádzková teplota ( stupeň ) Parciálny tlak H2S (psia) Maximálna tvrdosť (HRC/HV) Odporúčané tepelné spracovanie po-tvarovaní Alternatívna zliatina<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 Akékoľvek Akékoľvek (bez rizika SSC)316 úplne prijateľné Nevyžaduje sa
Terénna diagnostika poruchy SSC

Praskanie z SSC v plášťoch ohrievača 316 je zvyčajne skôr transgranulárne (cez zrná) ako intergranulárne, často s rozvetvením ako chloridový SCC, ale bez podstatných chloridov. Dochádza k malej plastickej deformácii povrchu lomu, ktorý môže byť plochý a fazetovaný. Najpravdepodobnejšími miestami vzniku trhlín sú oblasti opracované za studena- (napr. vonkajší polomer ohybov) a teploty pod 60 stupňov . Ak ohrievač zlyhá v systéme kyslej vody vrátane H 2 S a porucha je na ohybe alebo v oblasti opracovanej za studena- a prevádzková teplota je okolitá do 50 stupňov , ak tvrdosť presiahne hodnotu okolo 250 HV, bez ohľadu na tvrdosť, by malo byť podozrenie na SSC.

Záver: Kontrola rizika SSC prostredníctvom kontroly teploty a tvrdosti

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 stupňov ), preto možno 316 bezpečne používať aj pri vyšších úrovniach práce za studena. Tento tu opísaný rámec umožňuje kupujúcim vybrať 316 plášťov odolných voči koróznemu praskaniu sulfidom v kyslých podmienkach na základe vzťahu teploty, tvrdosti a prahového napätia SSC.