Ce prag maxim admisibil de fisurare la coroziune la efort de sulfuri prezintă mantaua de încălzire din oțel inoxidabil 316 în soluția A NACE TM0177 la 24 de grade și 80 de grade

Dependența de temperatură a sensibilității SSC a oțelului inoxidabil austenitic

Controlul temperaturii-riscului de fisurare prin coroziune prin stres cu sulfuri (SSC) al tuburilor electrice de încălzire în medii de serviciu acru (încălzitoare de apă pentru câmpuri petroliere, sisteme geotermale sau încălzitoare de proces de rafinărie) nu este-monoton, adică riscul nu este doar o funcție de temperatură. Diferit de SCC indus de clorură, care este mai sever odată cu creșterea temperaturii, SSC al oțelurilor inoxidabile austenitice, cum ar fi 316, are susceptibilitate maximă la temperatura ambiantă (20-30 grade ) și este mult redus la temperaturi ridicate (peste 80 grade ). 316 în NACE TM0177 Soluția A (5% wt{1% wt. cu H2S la 1 atm, pH ~ 2,7-3,0) are o tensiune de prag pentru SSC de aproximativ 60-70% din limita sa de curgere la 24 de grade. Aceasta înseamnă că solicitările mai mari de 120-140 MPa (pentru 316 recoapte cu limită de curgere ~ 205 MPa) vor duce la fisurare în 720 de ore. La 80 de grade, pragul se deplasează în sus pentru a ajunge la limita de curgere (aproape de 200 MPa), arătând substanțial mai puțină sensibilitate SSC. În această lucrare, pragurile SSC pentru 316 teci sunt cuantificate în funcție de temperatură.

Originea temperaturii-Susceptibilitatea SSC în funcție de temperatură

Fisurarea prin coroziune prin efort sulfurat are loc atunci când hidrogenul atomic care se formează din reacția de coroziune (Fe + H2S → FeS + 2H) difuzează în oțel și fragilizează microstructura. Pentru oțelurile inoxidabile austenitice, cum ar fi 316, difuzia hidrogenului este lentă la temperatura camerei, deoarece structura cubică centrată pe față (FCC) are ca rezultat o difuzivitate scăzută a hidrogenului (în jur de 10-12 până la 10-11 cm2/s la 25 de grade față de 10-6 cm2/s pentru oțelurile feritice). Cu toate acestea, lucrul la rece, combinat cu duritate mare și densitate mare de dislocare, poate face 316 susceptibil. La temperaturi mai ridicate (> 60-80 grade) difuzivitatea hidrogenului crește, dar și toleranța la hidrogen crește, deoarece dislocațiile se pot deplasa pentru a ameliora tensiunile locale. De asemenea, viteza de coroziune crește cu temperatura, ceea ce duce la o producție mai mare de hidrogen, dar reacția de recombinare a hidrogenului este mai puțin otrăvită de H2S la temperaturi mai ridicate. Prin urmare, consecința netă este o susceptibilitate maximă pentru SSC între 20 și 40 de grade și o scădere rapidă peste 60 de grade.

Limite SSC cuantificate la 24 de grade și 80 de grade

Testarea SSC cu sarcină constantă a oțelului inoxidabil 316 recoapt, cu o duritate < 200 HV, în Soluția A NACE TM0177, a stabilit următoarele tensiuni de prag pentru fisurare pe perioada normală de testare de 720 de ore.

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% Moderat
Interacțiunea critică a durității-SSC rezistență

O duritate maximă de 22 HRC (aproximativ 250 HV) este permisă pentru oțelurile inoxidabile austenitice în stare de funcționare acru conform NACE MR0175/ISO 15156 (specificația pentru materiale în medii care conțin H₂S-). Această limită de duritate corespunde unui maxim de lucru la rece de aproximativ 15-20%. Tabelul de mai jos oferă limitările de duritate și implicațiile acestora asupra SSC la temperatura camerei.

Duritate maximă (HRC) Duritate maximă (HV) Lucru echivalent la rece SSC Tensiune de prag (MPa, 24 de grade, bază recoaptă)316 Acceptabil conform NACE MR0175<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 Da (limitat)
20-22 230-250 12-18% 100 Marginal
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Recomandări practice pentru aplicațiile de încălzire de serviciu acru

Următoarele recomandări se bazează pe temperatura de funcționare pentru încălzitoarele cu manta 316 pentru utilizare în serviciul H2S (presiune parțială a H2S peste 0,05 psia sau concentrație peste 10 ppm în apă lichidă).

Temperatura de funcționare (grade ) H2S presiune parțială (psia) Duritate maximă (HRC/HV) Tratament termic post-formare recomandat Aliaj alternativ<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 Oricare Oricare (fără risc SSC)316 total acceptabil Nu este necesar
Diagnosticarea pe teren a defecțiunii SSC

Crăparea de la SSC în învelișurile de încălzire 316 este de obicei transgranulară (prin boabe) mai degrabă decât intergranulară, adesea cu ramificare ca SCC clorură, dar în lipsa de cloruri substanțiale. Există o mică deformare plastică a suprafeței de fractură care poate fi plană și fațetată. Locurile cele mai probabile pentru crăpare sunt zonele reci-lucrate (de exemplu, raza exterioară a coturilor) și temperaturile sub 60 de grade . Dacă un încălzitor se defectează de la un sistem cu apă acidă, inclusiv H 2 S, iar defecțiunea are loc într-o curbă sau într-o zonă de lucru rece-și temperatura de serviciu este ambiantă de 50 de grade, SSC ar trebui să fie suspectat dacă duritatea depășește aproximativ 250 HV, indiferent de duritate.

Concluzie: Controlul riscului SSC prin controlul temperaturii și durității

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 de grade) prin urmare, 316 poate fi utilizat în siguranță chiar și la niveluri mai ridicate de lucru la rece. Acest cadru descris aici permite cumpărătorilor să aleagă 316 învelișuri rezistente la fisurarea coroziunii prin stres cu sulfuri în condiții de aciditate prin relaționarea temperaturii, durității și efortului de prag SSC.