Quais são os modos de falha comuns de tubos de aço inoxidável martensítico durante o uso

Tubulação de aço inoxidável martensítico é valorizado por sua alta resistência e resistência moderada à corrosão, tornando-o crucial em setores críticos, como processamento químico de petróleo e gás e geração de energia. No entanto, sob condições de alta tensão e meios agressivos específicos, o MSS é altamente suscetível a trincas induzidas pelo ambiente, um modo de falha predominante e severo.

1. Fissuração por estresse por sulfeto (SSC)

O SSC representa o mecanismo de falha mais destrutivo para tubos MSS em condições de "serviço ácido" de petróleo e gás, onde o sulfeto de hidrogênio HS está presente.

• Mecanismo: O sulfeto de hidrogênio se decompõe na superfície do metal, produzindo hidrogênio atômico que penetra no aço. As áreas de alta resistência e concentração de tensão localizada do aço martensítico, como zonas trabalhadas a frio ou soldas, são locais privilegiados para o acúmulo de hidrogênio. O hidrogênio aprisionado causa redução local da plasticidade e fragilização, levando à fratura repentina sob tensões de tração muito abaixo da resistência ao escoamento do material.

• Zonas de alto risco: Zonas afetadas pelo calor (HAZ) de soldagem, áreas de alta concentração de tensões e tubos com níveis de dureza descontrolados (dureza excessiva).

• Tendências da indústria: Devido ao aumento das pressões parciais de HS em ambientes de poços profundos e ultraprofundos, a indústria está migrando para aços martensíticos modificados com teor ultrabaixo de carbono e níquel, combinados com processos rigorosos de revenido em alta temperatura para minimizar a suscetibilidade ao SSC.

2. Fissuração por corrosão sob tensão de cloreto (CISCC)

• Mecanismo: Os íons cloreto danificam o filme passivo na superfície do aço inoxidável, criando locais para concentração de tensão. Sob tensão de tração sustentada, as trincas iniciam e se propagam de forma transgranular ou intergranular, levando eventualmente à falha através da parede.

• Aplicações típicas: Geradores de vapor em usinas de energia, sistemas de tratamento de salmoura de alta concentração e certas tubulações químicas de alta temperatura e alta pressão.

CATEGORIA DOIS CARGA MECÂNICA E DANOS POR FADIGA

Como a tubulação MSS é frequentemente usada em componentes dinâmicos e de suporte de carga, sua falha está frequentemente ligada diretamente a tensões cíclicas ou cargas mecânicas extremas.

1. Falha por fadiga

A fadiga é o modo de falha mecânica mais comum para materiais de alta resistência sob carregamento cíclico, como flutuações de pressão de fluido ou vibração mecânica.

• Mecanismo: As fissuras normalmente iniciam-se em defeitos superficiais, arranhões na parede interna, poços de corrosão ou inclusões microscópicas. Ciclos de tensão periódicos causam danos acumulados na zona plástica na ponta da fissura, levando à propagação lenta da fissura até que a seção transversal restante não possa mais suportar a carga instantânea, resultando em fratura frágil repentina.

• Zonas de alto risco: Eixos de bombas, pás de turbinas onde o aço martensítico é usado nas seções de raiz e seções de alta vibração em tubulações de transporte de longa distância.

• Desafio técnico: A resistência à fadiga é altamente sensível à integridade da superfície O polimento fino da superfície e o controle da profundidade da camada trabalhada a frio são essenciais para aumentar a vida à fadiga do MSS.

2. Fragilização por Hidrogênio (HE)

Intimamente relacionado ao SSC HE pode ser induzido por processos de fabricação como galvanoplastia ou decapagem ou por proteção catódica inadequada durante o serviço, independente da presença de sulfetos.

• Mecanismo: O aço absorve hidrogênio atômico, levando a uma diminuição acentuada na tenacidade da ductilidade e na resistência à fratura. Mesmo sem agentes corrosivos externos, se houver tensão de tração, os átomos de hidrogênio promoverão a nucleação e o crescimento de trincas.

CATEGORIA TRÊS ESTABILIDADE TÉRMICA E DEGRADAÇÃO MICROSTRUTURAL

O desempenho do aço inoxidável martensítico depende muito de sua microestrutura temperada estável. A exposição inadequada à temperatura pode levar à degradação microestrutural e a um declínio acentuado no desempenho.

1. Fragilização por temperamento

Certos elementos de liga, como fósforo, estanho e antimônio, podem segregar ao longo dos limites dos grãos durante o resfriamento lento ou exposição prolongada na faixa de 350 graus C a 550 graus C. Isso leva a uma perda substancial da resistência ao impacto do aço, resultando em fragilização por revenido.

• Consequência: Embora a dureza possa não mudar significativamente, a resistência do material à tensão de impacto deteriora-se rapidamente a baixas temperaturas ou a altas taxas de deformação, tornando-o altamente suscetível à fratura frágil.

• Medidas preventivas: Empregar têmpera com água ou resfriamento rápido através da faixa crítica de temperatura de fragilização após o revenido.

2. Fragilização a 475 graus C e Precipitação de Fase Sigma

A exposição de longo prazo do aço inoxidável martensítico na faixa de 400 graus C a 500 graus C pode levar à precipitação de fases ricas em cromo, particularmente em torno de 475 graus C, causando o fenômeno conhecido como fragilização de 475 graus C. Além disso, a exposição prolongada a temperaturas mais altas, como 600 graus C a 900 graus C, pode causar a precipitação da fase sigma dura e quebradiça.

• Impacto: Ambos os fenômenos reduzem significativamente a plasticidade e a tenacidade do material, ao mesmo tempo que diminuem a resistência à corrosão.

• Visão da aplicação: A temperatura operacional de longo prazo da tubulação MSS deve ser estritamente limitada no projeto para evitar essas faixas sensíveis de temperatura.