사용 중 마르텐사이트계 스테인리스 강관의 일반적인 고장 모드는 무엇입니까?

마르텐사이트계 스테인레스 스틸 튜빙 높은 강도와 중간 정도의 내식성으로 인해 석유 및 가스 화학 처리, 발전과 같은 중요한 부문에서 매우 중요합니다. 그러나 높은 응력과 특정 공격적인 매체 조건에서 MSS는 환경적으로 유발된 균열에 매우 취약하여 널리 퍼져 있고 심각한 고장 모드입니다.

1. 황화물 응력 분해(SSC)

SSC는 황화수소 H2S가 존재하는 석유 및 가스 "신맛 서비스" 조건에서 MSS 배관에 대한 가장 파괴적인 고장 메커니즘을 나타냅니다.

• 메커니즘: 황화수소는 금속 표면에서 분해되어 강철에 침투하는 원자 수소를 생성합니다. 냉간 가공 구역이나 용접부와 같은 마텐자이트강의 고강도 및 국부적인 응력 집중 영역은 수소 축적의 주요 장소입니다. 갇힌 수소는 국부적인 가소성 감소 및 취성을 유발하여 재료의 항복 강도보다 훨씬 낮은 인장 응력 하에서 갑작스러운 파괴를 초래합니다.

• 고위험 구역: 응력 집중도가 높은 용접 열 영향부(HAZ) 구역과 통제되지 않은 경도 수준(과도한 경도)을 갖는 튜브.

• 업계 동향: 깊은 유정 및 매우 깊은 유정 환경에서 H2S 분압이 증가함에 따라 업계는 SSC 민감성을 최소화하기 위해 엄격한 고온 템퍼링 공정과 결합된 초저탄소 및 니켈 변성 마텐자이트강으로 전환하고 있습니다.

2. 염화물 응력 부식 균열(CISCC)

• 메커니즘: 염화물 이온은 스테인리스강 표면의 부동태 피막을 손상시켜 응력 집중 부위를 생성합니다. 지속적인 인장 응력 하에서 균열이 시작되어 입계 또는 입계로 전파되어 결국 벽 관통 파손을 초래합니다.

• 일반적인 응용 분야: 발전소 고농도 염수 처리 시스템 및 특정 고온 고압 화학 파이프라인의 증기 발생기.

카테고리 2 기계적 부하 및 피로 손상

MSS 튜빙은 하중 지지 및 동적 구성 요소에 자주 사용되기 때문에 그 고장은 주기적인 응력이나 극단적인 기계적 하중과 직접적으로 연관되는 경우가 많습니다.

1. 피로 실패

피로는 유체 압력 변동이나 기계적 진동과 같은 주기적인 하중을 받는 고강도 재료의 가장 일반적인 기계적 고장 모드입니다.

• 메커니즘: 균열은 일반적으로 표면 결함, 내부 벽 긁힘, 부식 구멍 또는 미세한 함유물에서 시작됩니다. 주기적인 응력 순환은 균열 끝의 플라스틱 영역에 누적된 손상을 유발하여 나머지 단면이 더 이상 순간 하중을 견딜 수 없어 갑작스러운 취성 파괴를 초래할 때까지 느린 균열 전파로 이어집니다.

• 고위험 구역: 장거리 운송 파이프라인의 루트 섹션과 고진동 섹션에 마르텐사이트 강철이 사용되는 펌프 샤프트 터빈 블레이드.

• 기술적 과제: 피로 강도는 표면 무결성에 매우 민감합니다. 미세한 표면 연마와 냉간 가공 층의 깊이 제어는 MSS의 피로 수명을 향상시키는 데 중요합니다.

2. 수소 취성(HE)

SSC와 밀접하게 관련되어 있는 HE는 전기도금이나 산세척과 같은 제조 공정이나 황화물의 존재와 관계없이 서비스 중 부적절한 음극 보호로 인해 유발될 수 있습니다.

• 메커니즘: 강철은 원자 수소를 흡수하여 연성 인성과 파괴 강도가 급격히 감소합니다. 외부 부식제가 없더라도 인장 응력이 존재하는 경우 수소 원자는 균열 핵 생성과 성장을 촉진합니다.

카테고리 3 열 안정성 및 미세구조 저하

마르텐사이트계 스테인리스강의 성능은 안정적인 강화 미세 구조에 크게 좌우됩니다. 부적절한 온도 노출은 미세 구조 저하와 급격한 성능 저하로 이어질 수 있습니다.

1. 성질이 약해짐

인 주석 및 안티몬과 같은 특정 합금 원소는 350°C~550°C 범위에서 천천히 냉각하거나 장기간 노출하는 동안 결정립 경계를 따라 분리될 수 있습니다. 이로 인해 강철의 충격 인성이 크게 손실되어 템퍼 취성이 발생합니다.

• 결과: 경도는 크게 변하지 않을 수 있지만 충격 응력에 대한 재료의 저항성은 저온이나 높은 변형률에서 급격히 저하되어 취성 파괴에 매우 취약합니다.

• 예방 조치: 템퍼링 후 임계 취성 온도 범위를 통해 물 담금질 또는 급속 냉각을 사용합니다.

2. 475°C에서 취화 및 시그마 상 침전

400°C ~ 500°C 범위에서 마르텐사이트 스테인리스강을 장기간 노출하면 특히 475°C 부근에서 크롬이 풍부한 상이 석출되어 475°C 취화 현상이 발생할 수 있습니다. 또한 600°C ~ 900°C와 같은 더 높은 온도에서 장기간 노출되면 단단하고 부서지기 쉬운 시그마 상이 석출될 수 있습니다.

• 영향: 두 현상 모두 재료의 가소성과 인성을 크게 감소시키는 동시에 내식성을 감소시킵니다.

• 응용 통찰력: 이러한 민감한 온도 범위를 피하기 위해 MSS 튜브의 장기 작동 온도는 설계 시 엄격하게 제한되어야 합니다.