316 Paslanmaz Çelik Isıtıcı Kılıfın NACE TM0177 Çözüm A'da 24 derece ve 80 derecede İzin Verilen Maksimum Sülfür Stresi Korozyon Çatlama Eşiği Neyi Gösteriyor?

Östenitik Paslanmaz Çeliğin SSC Duyarlılığının Sıcaklığa Bağımlılığı

Ekşi hizmet ortamlarındaki (petrol sahası su ısıtıcıları, jeotermal sistemler veya rafineri proses ısıtıcıları) elektrikli ısıtma borularının sülfür gerilimli korozyon çatlaması (SSC) riskinin-sıcaklık kontrolü monotonik değildir, yani risk yalnızca sıcaklığın bir fonksiyonu değildir. Sıcaklık artışıyla daha şiddetli olan klorür kaynaklı SCC'den farklı olarak, 316 gibi östenitik paslanmaz çeliklerin SSC'si, ortam sıcaklığında (20-30 derece) maksimum duyarlılığa sahiptir ve NACE TM0177 Çözeltisi A'da (ağırlıkça %5 NaCl + 0.5 ağırlıkça % asetik asit, 1'de H2S ile doyurulmuş) yüksek sıcaklıklarda (80 derecenin üzerinde). 316 büyük ölçüde azalır. atm, pH ~ 2.7-3.0), 24 derecede SSC için akma dayanımının yaklaşık %60-70'i kadar bir eşik gerilimine sahiptir. Bu, 120-140 MPa'dan yüksek gerilimlerin (akma dayanımı ~ 205 MPa olan tavlanmış 316 için) 720 saat içinde çatlamaya yol açacağı anlamına gelir. 80 derecede eşik, önemli ölçüde daha az SSC duyarlılığı gösteren akma dayanımına (200 MPa'ya yakın) ulaşmak için yukarı doğru kayar. Bu yazıda 316 kılıf için SSC eşikleri sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ölçülüyor.

Sıcaklığın Kaynağı-Bağımlı SSC Duyarlılığı

Sülfür stresli korozyon çatlaması, korozyon reaksiyonundan (Fe + H2S → FeS + 2H) oluşan atomik hidrojen çeliğin içine yayılıp mikro yapıyı kırılganlaştırdığında meydana gelir. 316 gibi östenitik paslanmaz çelikler için, yüzey-merkezli kübik (FCC) yapı düşük bir hidrojen yayılımına yol açtığından (ferritik çelikler için 10-6 cm2/s'ye karşı 25 derecede yaklaşık 10-12 ila 10-11 cm2/sn) hidrojenin difüzyonu oda sıcaklığında yavaştır. Bununla birlikte, soğuk iş, yüksek sertlik ve yüksek dislokasyon yoğunluğuyla birleştiğinde 316'yı hassas hale getirebilir. Daha yüksek sıcaklıklarda (> 60-80 derece), hidrojenin yayılımı artar, ancak hidrojene tolerans da artar çünkü dislokasyonlar yerel gerilimleri hafifletmek için kayabilir. Ayrıca korozyon hızı sıcaklıkla birlikte artar, bu da daha fazla hidrojen üretimine yol açar, ancak hidrojen rekombinasyon reaksiyonu daha yüksek sıcaklıklarda H2S tarafından daha az zehirlenir. Dolayısıyla net sonuç, SSC'ye maksimum duyarlılığın 20 ila 40 derece arasında olması ve 60 derecenin üzerine hızlı bir düşüş olmasıdır.

24 derece ve 80 derecede Ölçülmüş SSC Limitleri

NACE TM0177 Çözüm A'da sertliği < 200 HV olan tavlanmış 316 paslanmaz çeliğin sabit yük SSC testi, normal 720 saatlik test süresi boyunca çatlama için aşağıdaki eşik gerilimlerini belirlemiştir.

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 Orta
Sertlik-SSC Direncinin Kritik Etkileşimi

NACE MR0175/ISO 15156'ya (H₂S-içeren ortamlardaki malzemeler için spesifikasyon) göre ekşi hizmetteki östenitik paslanmaz çelikler için maksimum 22 HRC (yaklaşık 250 HV) sertliğe izin verilir. Bu sertlik sınırı maksimum %15-20 civarındaki soğuk işleme karşılık gelir. Aşağıdaki tablo sertlik sınırlamalarını ve bunların oda sıcaklığında SSC üzerindeki etkilerini göstermektedir.

Maksimum Sertlik (HRC) Maksimum Sertlik (HV) Eşdeğer Soğuk Çalışma SSC Eşik Gerilimi (MPa, 24 derece, tavlanmış taban)316 NACE MR0175'e göre kabul edilebilir<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
%15-20 180-230 5-12 120 Evet (sınırlı)
%20-22 230-250 12-18 100 Marjinal
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Ekşi Servis Isıtıcı Uygulamaları İçin Pratik Öneriler

Aşağıdaki öneriler, H2S hizmetinde kullanıma yönelik 316 kılıflı ısıtıcıların çalışma sıcaklığına dayanmaktadır (sıvı suda 0,05 psia'nın üzerinde H2S kısmi basıncı veya 10 ppm'nin üzerinde konsantrasyon).

Çalışma sıcaklığı (derece) H2S kısmi basınç (psia) Maksimum sertlik (HRC/HV) Tavsiye edilen şekillendirme sonrası ısıl işlem- Alternatif alaşım<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 Herhangi biri Herhangi biri (SSC riski yok)316 tamamen kabul edilebilir Hiçbiri gerekli değil
SSC Arızasının Saha Teşhisi

316 ısıtıcı kılıflarında SSC'den kaynaklanan çatlama genellikle taneler arası olmaktan ziyade taneler arasıdır (taneler boyunca), sıklıkla klorür SCC gibi dallanmayla birlikte, ancak önemli miktarda klorür bulunmaz. Kırılma yüzeyinde düz ve yönlü olabilen çok az plastik deformasyon vardır. Çatlamanın en olası olduğu yerler soğuk-işlenmiş alanlar (örneğin, bükülmelerin dış yarıçapı) ve 60 derecenin altındaki sıcaklıklardır. Bir ısıtıcı, H 2 S içeren bir ekşi su sisteminden arızalanırsa ve arıza bir virajda veya soğuk-çalışılmış bir alandaysa ve servis sıcaklığı 50 dereceye kadar ortamsa, sertlik ne olursa olsun 250 HV civarını aşarsa SSC'den şüphelenilmelidir.

Sonuç: Sıcaklık ve Sertlik Kontrolü Yoluyla SSC Risk Kontrolü

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 derece) dolayısıyla 316 daha yüksek seviyedeki soğuk işlerde bile güvenle kullanılabilir. Burada açıklanan bu çerçeve, alıcıların sıcaklık, sertlik ve SSC eşik gerilimini ilişkilendirerek, ekşi koşullarda sülfit stresli korozyon çatlamasına karşı dirençli 316 kılıf seçmesine olanak tanır.