Al corriente nov 23, 2022
Razones de agrietamiento para tubos sin soldadura de acero inoxidable 316L deformados
Con el rápido desarrollo de la industria de la energía eléctrica, la tubería de roscado de cables se ha popularizado y aplicado ampliamente en el proceso de construcción y transformación de la red nacional. En la vida diaria, la gente suele elegir tubería rígida de PVC con buena resistencia a la corrosión y rendimiento de aislamiento como material de tubería de roscado de cables. En el campo industrial, según diferentes entornos de servicio, a menudo se utilizan materiales como acero al carbono y acero inoxidable. Entre ellos, el acero inoxidable 316L se usa ampliamente en entornos industriales extremadamente duros debido a su excelente resistencia a la corrosión y procesabilidad.
El frío deformado Cable de acero inoxidable 316L roscado de tubería sin costura Utilizado en un campo petrolero agrietado, la superficie exterior de la tubería entró en contacto con con petróleo crudo que contenía H2S y C1-, y el interior se llenó con con arena seca y núcleo de cobre. Para averiguar las causas del agrietamiento de la tubería, se llevó a cabo la inspección física y química de la tubería fallida mediante observación de microestructuras, prueba de propiedades mecánicas y análisis de fracturas, para evitar la recurrencia de problemas similares.
Inspección física y química
Análisis de morfología macroscópica
La especificación de la tubería sin costura de roscado de cable de acero inoxidable 316L es de 25 mm × 2,1 mm, y el estado de entrega es solución sólida + pasivación de decapado. Durante el proceso de montaje del cable, se someterá a un tratamiento de deformación por dibujo. Después de la medición, el tamaño real de la tubería es de 21,4x2,1 mm. Después de un período de servicio, la superficie de la tubería se agrietará, como se muestra en la Figura 1. La morfología macroscópica y microscópica de la grieta se observó mediante estereomicroscopio, como se muestra en la Figura 2. La dirección de propagación de la grieta principal es transversal a la tubería, y ambos extremos de la grieta forman ramas dendríticas, formando grietas secundarias. Hay muchos hoyos poco profundos en la superficie de la tubería y la calidad de la superficie es pobre, como se muestra en la Figura 2 (a). Se observa bajo el microscopio metalográfico de alta potencia que hay un gran número de morfología de corrosión local a lo largo del límite de grano en el área alrededor de la grieta, como se muestra en la Figura 2 (b). Se especula que el área de corrosión de pozos poco profundos en la superficie de la tubería es el lugar donde el grado de corrosión intergranular es grave.
Fig.1 Macro morfología de la ubicación de grietas en la superficie de la tubería fallida
A) Morfología macroscópica
B) Microestructura
Fig.2 Macro y micromorfología (a, b) de grietas
Análisis de la composición química
De acuerdo con la norma GB / T 11170-2008 "Determinación del contenido de elementos múltiples en acero inoxidable", el espectro de composición química de la tubería fallida fue analizado por espectrometría de emisión atómica de descarga de chispa. De acuerdo con GB / T 20123-2006 "Determinación del contenido total de carbono y azufre en acero", método de absorción de infrarrojos después de la combustión en horno de inducción de alta frecuencia, GB / T 11261-2006 "Determinación del contenido de oxígeno en acero por calentamiento por pulsos método de absorción de infrarrojos de fusión de gas inerte", GB / T 20124-2006 "Determinación del contenido de nitrógeno en acero por método de conductividad térmica de fusión de gas inerte", GB / T 223. Consulte ASTM A213 / A213M-18 "Especificación para tuberías de acero de aleación de ferrita y austenita sin costura para calderas, supercalentadores e intercambiadores de calor" para la composición química del acero inoxidable 316L, y la composición química de la tubería fallida cumple con los requisitos estándar. De acuerdo con la norma GB / T 11170-2008 "Determinación del contenido de elementos múltiples en acero inoxidable", el espectro de composición química de la tubería fallida fue analizado por espectrometría de emisión atómica de descarga de chispa. De acuerdo con GB / T 20123-2006 "Determinación del contenido total de carbono y azufre en acero", método de absorción de infrarrojos después de la combustión en horno de inducción de alta frecuencia, GB / T 11261-2006 "Determinación del contenido de oxígeno en acero por calentamiento por pulsos método de absorción de infrarrojos de fusión de gas inerte", GB / T 20124-2006 "Determinación del contenido de nitrógeno en acero por método de conductividad térmica de fusión de gas inerte", GB / T 223. Consulte ASTM A213 / A213M-18 "Especificación para tuberías de acero de aleación de ferrita y austenita sin costura para calderas, supercalentadores e intercambiadores de calor" para la composición química del acero inoxidable 316L, y la composición química de la tubería fallida cumple con los requisitos estándar.
Tabla 1 Composición química de la tubería fallida (fracción de masa)
Análisis de microestructura
Se tomaron muestras de la grieta de la tubería fallida, ácido clorhídrico grabado con y alcohol, y luego se observó la microestructura. Se puede ver en la Figura 3 que la microestructura de la tubería fallida es una estructura típica de deformación en frío, y hay muchas bandas de deslizamiento en el grano. De acuerdo con GB / T 6394-2017 "Método de Determinación del Tamaño Promedio de Grano de los Metales", GB / T 13298-2015 "Método de Inspección de Microestructura Metálica" y GB / T 10561-2005 "Método de Inspección Microscópica de Tabla Estándar de Clasificación para Determinación de Inclusiones No Metálicas en Acero", se calificaron el tamaño de grano, la fase precipitada y las inclusiones de la tubería fallida, respectivamente. Los resultados mostraron que la tubería fallida
A) Microestructura transversal
(B) Microestructura longitudinal
C) Fase precipitada
D) Inclusión
Fig.3 Microestructura de tubería fallida: (a) macroestructura lateral; (b) microestructura longitudinal; (c) fase de precipitación; (d) inclusión
Análisis de propiedades mecánicas
La tubería fallida es procesada por proceso de dibujo en frío, y la tubería fallida es tratada por recocido en solución a 1080 ℃ durante 10Min. De acuerdo con ASTM A370-17a "Métodos de prueba estándar y definiciones para la prueba de propiedades mecánicas de productos de acero", se tomaron muestras de las tuberías de falla originales y recocidas en solución, y se realizaron pruebas de propiedades de tracción a temperatura ambiente y dureza Brinell. Se puede ver en la Tabla 2 que comparó con la tubería recocida en solución, la tubería original tiene mayor resistencia y dureza, con su resistencia a la tracción de 689MPa, una resistencia a la tracción de 848MPa y una dureza Brinell promedio de 218HB. Un gran número de estudios muestran que la alta resistencia y dureza de los materiales aumentará en gran medida la posibilidad de agrietamiento por corrosión por tensión de materiales en un ambiente corrosivo.
Tabla 2 Propiedades mecánicas de la tubería fallida
Análisis de estrés residual
De acuerdo con RCC-M MC 1360-2007 Prueba y Evaluación de Tensión Residual de Tensión de Acero Inoxidable Austenítico para Intercambiadores de Calor, la tensión residual se prueba por muestreo de la tubería fallida, como se muestra en la Figura 4, y los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 3. Después de abrir la tubería fallida, el ancho de apertura de la muesca es de aproximadamente 0,92 mm. De acuerdo con el cálculo, hay una alta tensión residual en la tubería fallida, alrededor de 222 MPa.
(A) Patrón de prueba
B) Morfología de la incisión
Fig.4 Muestra de prueba de esfuerzo residual y su morfología de muesca de tubería fallida
Tab.3 Resultados de la prueba de esfuerzo residual de la tubería fallida
Morfología de la fractura
Muestre la sección de grietas en la superficie de la tubería fallida, muele y pula la sección de grietas, y luego grabe la sección de grietas con ácido clorhídrico alcohol. Como se puede ver en la Figura 5, hay un gran número de zonas de deslizamiento de deformación en frío dentro del grano, y las grietas se originan en la superficie exterior de la tubería y se expanden gradualmente a la superficie interior, y las grietas principales atraviesan todo el grosor de la pared de la tubería; Hay un gran número de pequeñas grietas secundarias en el lugar de iniciación de grietas en la superficie exterior de la tubería. Tanto la grieta primaria como la grieta secundaria se propagan a lo largo del límite del grano, y algunas áreas todavía tienen el fenómeno de desprendimiento de grano, que es un agrietamiento típico por corrosión por tensión intergranular.
A) Estructura seccional
(B) Tejido superficial externo
Fig.5 Microestructura de sección transversal y superficie exterior (a, b) de grietas superficiales de tubería fallida
Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM) para observar la sección transversal de la grieta, como se muestra en la Figura 6. Se puede ver en la fig. 6 que hay un gran número de bandas de deslizamiento de deformación en frío dentro del grano, y básicamente no hay fase precipitada en el límite del grano y dentro del grano. En la punta de la grieta, todas las microgrietas se propagan y se agrietan a lo largo del límite del grano; La fractura en la iniciación de la grieta se caracteriza por una fractura de escisión intergranular similar al azúcar cristalino, que es una fractura quebradiza típica.
(A) Consejo de crack
(B) Sitio de iniciación de grietas
Fig.6 Morfología de fractura de tubería fallida: (a) punta de grieta; (b) área de iniciación de grietas
Análisis de la razón del fallo
Conclusión
(1) se produjo agrietamiento por corrosión por tensión intergranular en el cable de acero inoxidable 316l deformado en frío roscado de tubos sin soldadura en un entorno de servicio.
(2) La composición química de la tubería fallida cumple con los requisitos estándar, y no hay precipitados e inclusiones en el límite del grano y dentro del grano. Sin embargo, la dislocación de alta densidad y la correa deslizante de deformación en frío introducidas después de la deformación del dibujo mejoran en gran medida su resistencia y dureza, y hay una alta tensión residual dentro del material, que es la razón principal del aumento de la fragilidad de la tubería y el agrietamiento por corrosión por tensión inducido por hidrógeno en un ambiente húmedo de H2S.
(3) Se sugiere que el fabricante del cable optimice el proceso de fabricación y agregue un proceso de recocido de solución al conducto de cable de acero inoxidable 316l después de dibujar la deformación, para eliminar la dislocación de alta densidad y la zona de deslizamiento de deformación en frío introducida en el material después de dibujar la deformación, Reduciendo así su sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión en un ambiente húmedo de H2S.
El frío deformado Cable de acero inoxidable 316L roscado de tubería sin costura Utilizado en un campo petrolero agrietado, la superficie exterior de la tubería entró en contacto con con petróleo crudo que contenía H2S y C1-, y el interior se llenó con con arena seca y núcleo de cobre. Para averiguar las causas del agrietamiento de la tubería, se llevó a cabo la inspección física y química de la tubería fallida mediante observación de microestructuras, prueba de propiedades mecánicas y análisis de fracturas, para evitar la recurrencia de problemas similares.
Inspección física y química
Análisis de morfología macroscópica
La especificación de la tubería sin costura de roscado de cable de acero inoxidable 316L es de 25 mm × 2,1 mm, y el estado de entrega es solución sólida + pasivación de decapado. Durante el proceso de montaje del cable, se someterá a un tratamiento de deformación por dibujo. Después de la medición, el tamaño real de la tubería es de 21,4x2,1 mm. Después de un período de servicio, la superficie de la tubería se agrietará, como se muestra en la Figura 1. La morfología macroscópica y microscópica de la grieta se observó mediante estereomicroscopio, como se muestra en la Figura 2. La dirección de propagación de la grieta principal es transversal a la tubería, y ambos extremos de la grieta forman ramas dendríticas, formando grietas secundarias. Hay muchos hoyos poco profundos en la superficie de la tubería y la calidad de la superficie es pobre, como se muestra en la Figura 2 (a). Se observa bajo el microscopio metalográfico de alta potencia que hay un gran número de morfología de corrosión local a lo largo del límite de grano en el área alrededor de la grieta, como se muestra en la Figura 2 (b). Se especula que el área de corrosión de pozos poco profundos en la superficie de la tubería es el lugar donde el grado de corrosión intergranular es grave.
Fig.1 Macro morfología de la ubicación de grietas en la superficie de la tubería fallida
A) Morfología macroscópica
B) Microestructura
Fig.2 Macro y micromorfología (a, b) de grietas
Análisis de la composición química
De acuerdo con la norma GB / T 11170-2008 "Determinación del contenido de elementos múltiples en acero inoxidable", el espectro de composición química de la tubería fallida fue analizado por espectrometría de emisión atómica de descarga de chispa. De acuerdo con GB / T 20123-2006 "Determinación del contenido total de carbono y azufre en acero", método de absorción de infrarrojos después de la combustión en horno de inducción de alta frecuencia, GB / T 11261-2006 "Determinación del contenido de oxígeno en acero por calentamiento por pulsos método de absorción de infrarrojos de fusión de gas inerte", GB / T 20124-2006 "Determinación del contenido de nitrógeno en acero por método de conductividad térmica de fusión de gas inerte", GB / T 223. Consulte ASTM A213 / A213M-18 "Especificación para tuberías de acero de aleación de ferrita y austenita sin costura para calderas, supercalentadores e intercambiadores de calor" para la composición química del acero inoxidable 316L, y la composición química de la tubería fallida cumple con los requisitos estándar. De acuerdo con la norma GB / T 11170-2008 "Determinación del contenido de elementos múltiples en acero inoxidable", el espectro de composición química de la tubería fallida fue analizado por espectrometría de emisión atómica de descarga de chispa. De acuerdo con GB / T 20123-2006 "Determinación del contenido total de carbono y azufre en acero", método de absorción de infrarrojos después de la combustión en horno de inducción de alta frecuencia, GB / T 11261-2006 "Determinación del contenido de oxígeno en acero por calentamiento por pulsos método de absorción de infrarrojos de fusión de gas inerte", GB / T 20124-2006 "Determinación del contenido de nitrógeno en acero por método de conductividad térmica de fusión de gas inerte", GB / T 223. Consulte ASTM A213 / A213M-18 "Especificación para tuberías de acero de aleación de ferrita y austenita sin costura para calderas, supercalentadores e intercambiadores de calor" para la composición química del acero inoxidable 316L, y la composición química de la tubería fallida cumple con los requisitos estándar.
Tabla 1 Composición química de la tubería fallida (fracción de masa)
| Elemento | do | Si | Mn | PAG | S | Cr | Mes | Ni | N | H | o |
| Valor clasificado | ≤ 0.035 | ≤ 1,0 | ≤ 2,0 | ≤ 0,045 | ≤ 0,030 | 6.0-18.0 | 2.00-3.00 | 0.0-14.0 | - | - | - |
| Valor medido | 0,015 | 0.31 | 0,64 | 0,034 | 0,0058 | 16.7 | 2.01 | 10,2 | 0,065 | 0,0006 | 0,0025 |
Análisis de microestructura
Se tomaron muestras de la grieta de la tubería fallida, ácido clorhídrico grabado con y alcohol, y luego se observó la microestructura. Se puede ver en la Figura 3 que la microestructura de la tubería fallida es una estructura típica de deformación en frío, y hay muchas bandas de deslizamiento en el grano. De acuerdo con GB / T 6394-2017 "Método de Determinación del Tamaño Promedio de Grano de los Metales", GB / T 13298-2015 "Método de Inspección de Microestructura Metálica" y GB / T 10561-2005 "Método de Inspección Microscópica de Tabla Estándar de Clasificación para Determinación de Inclusiones No Metálicas en Acero", se calificaron el tamaño de grano, la fase precipitada y las inclusiones de la tubería fallida, respectivamente. Los resultados mostraron que la tubería fallida
A) Microestructura transversal
(B) Microestructura longitudinal
C) Fase precipitada
D) Inclusión
Fig.3 Microestructura de tubería fallida: (a) macroestructura lateral; (b) microestructura longitudinal; (c) fase de precipitación; (d) inclusión
Análisis de propiedades mecánicas
La tubería fallida es procesada por proceso de dibujo en frío, y la tubería fallida es tratada por recocido en solución a 1080 ℃ durante 10Min. De acuerdo con ASTM A370-17a "Métodos de prueba estándar y definiciones para la prueba de propiedades mecánicas de productos de acero", se tomaron muestras de las tuberías de falla originales y recocidas en solución, y se realizaron pruebas de propiedades de tracción a temperatura ambiente y dureza Brinell. Se puede ver en la Tabla 2 que comparó con la tubería recocida en solución, la tubería original tiene mayor resistencia y dureza, con su resistencia a la tracción de 689MPa, una resistencia a la tracción de 848MPa y una dureza Brinell promedio de 218HB. Un gran número de estudios muestran que la alta resistencia y dureza de los materiales aumentará en gran medida la posibilidad de agrietamiento por corrosión por tensión de materiales en un ambiente corrosivo.
Tabla 2 Propiedades mecánicas de la tubería fallida
| Tubería de fallas | Resistencia elástica / MPa | Resistencia a la tracción / MPa | Dureza / HB |
| Estado primitivo | 689 | 848 | 218 |
| Estado recocido de la solución | 302 | 575 | 154 |
Análisis de estrés residual
De acuerdo con RCC-M MC 1360-2007 Prueba y Evaluación de Tensión Residual de Tensión de Acero Inoxidable Austenítico para Intercambiadores de Calor, la tensión residual se prueba por muestreo de la tubería fallida, como se muestra en la Figura 4, y los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 3. Después de abrir la tubería fallida, el ancho de apertura de la muesca es de aproximadamente 0,92 mm. De acuerdo con el cálculo, hay una alta tensión residual en la tubería fallida, alrededor de 222 MPa.
(A) Patrón de prueba
B) Morfología de la incisión
Fig.4 Muestra de prueba de esfuerzo residual y su morfología de muesca de tubería fallida
Tab.3 Resultados de la prueba de esfuerzo residual de la tubería fallida
| Diámetro inicial de la tubería / mm | Diámetro del tubo cortado / mm | Espesor de la pared de la tubería / mm | Estrés residual / MPa |
| 21,414 | 21,64 | 2,060 | 222,64 |
Morfología de la fractura
Muestre la sección de grietas en la superficie de la tubería fallida, muele y pula la sección de grietas, y luego grabe la sección de grietas con ácido clorhídrico alcohol. Como se puede ver en la Figura 5, hay un gran número de zonas de deslizamiento de deformación en frío dentro del grano, y las grietas se originan en la superficie exterior de la tubería y se expanden gradualmente a la superficie interior, y las grietas principales atraviesan todo el grosor de la pared de la tubería; Hay un gran número de pequeñas grietas secundarias en el lugar de iniciación de grietas en la superficie exterior de la tubería. Tanto la grieta primaria como la grieta secundaria se propagan a lo largo del límite del grano, y algunas áreas todavía tienen el fenómeno de desprendimiento de grano, que es un agrietamiento típico por corrosión por tensión intergranular.
A) Estructura seccional
(B) Tejido superficial externo
Fig.5 Microestructura de sección transversal y superficie exterior (a, b) de grietas superficiales de tubería fallida
Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM) para observar la sección transversal de la grieta, como se muestra en la Figura 6. Se puede ver en la fig. 6 que hay un gran número de bandas de deslizamiento de deformación en frío dentro del grano, y básicamente no hay fase precipitada en el límite del grano y dentro del grano. En la punta de la grieta, todas las microgrietas se propagan y se agrietan a lo largo del límite del grano; La fractura en la iniciación de la grieta se caracteriza por una fractura de escisión intergranular similar al azúcar cristalino, que es una fractura quebradiza típica.
(A) Consejo de crack
(B) Sitio de iniciación de grietas
Fig.6 Morfología de fractura de tubería fallida: (a) punta de grieta; (b) área de iniciación de grietas
Análisis de la razón del fallo
Conclusión
(1) se produjo agrietamiento por corrosión por tensión intergranular en el cable de acero inoxidable 316l deformado en frío roscado de tubos sin soldadura en un entorno de servicio.
(2) La composición química de la tubería fallida cumple con los requisitos estándar, y no hay precipitados e inclusiones en el límite del grano y dentro del grano. Sin embargo, la dislocación de alta densidad y la correa deslizante de deformación en frío introducidas después de la deformación del dibujo mejoran en gran medida su resistencia y dureza, y hay una alta tensión residual dentro del material, que es la razón principal del aumento de la fragilidad de la tubería y el agrietamiento por corrosión por tensión inducido por hidrógeno en un ambiente húmedo de H2S.
(3) Se sugiere que el fabricante del cable optimice el proceso de fabricación y agregue un proceso de recocido de solución al conducto de cable de acero inoxidable 316l después de dibujar la deformación, para eliminar la dislocación de alta densidad y la zona de deslizamiento de deformación en frío introducida en el material después de dibujar la deformación, Reduciendo así su sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión en un ambiente húmedo de H2S.
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