Apa saja mode kegagalan umum pipa baja tahan karat martensit saat digunakan

Tabung Baja Tahan Karat Martensit dihargai karena kekuatannya yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi yang moderat sehingga menjadikannya penting dalam sektor-sektor penting seperti pemrosesan kimia minyak dan gas serta pembangkit listrik. Namun dalam kondisi tekanan tinggi dan media agresif tertentu, MSS sangat rentan terhadap retak yang disebabkan oleh lingkungan, sebuah modus kegagalan yang umum dan parah.

1. Retak Stres Sulfida (SSC)

SSC mewakili mekanisme kegagalan yang paling merusak untuk pipa MSS dalam kondisi "layanan asam" minyak dan gas di mana terdapat hidrogen sulfida HS.

• Mekanisme: Hidrogen sulfida terurai pada permukaan logam menghasilkan atom hidrogen yang meresap ke dalam baja. Daerah dengan kekuatan tinggi dan konsentrasi tegangan lokal pada baja martensit seperti zona pengerjaan dingin atau las merupakan lokasi utama akumulasi hidrogen. Hidrogen yang terperangkap menyebabkan pengurangan plastisitas lokal dan penggetasan yang menyebabkan patah mendadak akibat tegangan tarik jauh di bawah kekuatan luluh material.

• Zona Resiko Tinggi: Pengelasan area yang terkena dampak panas (HAZ) dengan konsentrasi tegangan tinggi dan pipa dengan tingkat kekerasan yang tidak terkendali (kekerasan berlebihan).

• Tren Industri: Karena meningkatnya tekanan parsial HS di lingkungan sumur dalam dan ultra-dalam, industri beralih ke baja martensit termodifikasi nikel dan karbon ultra-rendah yang dikombinasikan dengan proses tempering suhu tinggi yang ketat untuk meminimalkan kerentanan SSC.

2. Retak Korosi Stres Klorida (CISCC)

• Mekanisme: Ion klorida merusak lapisan pasif pada permukaan baja tahan karat sehingga menciptakan tempat konsentrasi tegangan. Di bawah tegangan tarik yang terus-menerus, retakan mulai terjadi dan menyebar secara transgranular atau intergranular yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan tembus dinding.

• Aplikasi Umum: Pembangkit uap di pembangkit listrik dengan sistem pengolahan air garam konsentrasi tinggi dan jaringan pipa kimia bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tertentu.

KATEGORI DUA BEBAN MEKANIK DAN KERUSAKAN FATIGUE

Karena pipa MSS sering digunakan pada komponen penahan beban dan dinamis, kegagalannya sering kali dikaitkan langsung dengan tekanan siklik atau beban mekanis ekstrem.

1. Kegagalan Kelelahan

Kelelahan adalah mode kegagalan mekanis yang paling umum untuk material berkekuatan tinggi di bawah pembebanan siklik seperti fluktuasi tekanan fluida atau getaran mekanis.

• Mekanisme: Retakan biasanya dimulai pada cacat permukaan, goresan dinding bagian dalam, lubang korosi atau inklusi mikroskopis. Perputaran tegangan periodik menyebabkan akumulasi kerusakan pada zona plastis di ujung retakan sehingga memperlambat perambatan retakan hingga penampang yang tersisa tidak dapat lagi menahan beban sesaat yang mengakibatkan patah getas secara tiba-tiba.

• Zona Berisiko Tinggi: Bilah turbin poros pompa di mana baja martensit digunakan untuk bagian akar dan bagian getaran tinggi pada jaringan pipa transportasi jarak jauh.

• Tantangan Teknis: Kekuatan fatik sangat sensitif terhadap integritas permukaan Pemolesan permukaan halus dan pengendalian kedalaman lapisan pengerjaan dingin sangat penting untuk meningkatkan umur kelelahan MSS.

2. Penggetasan Hidrogen (HE)

Terkait erat dengan SSC HE dapat disebabkan oleh proses manufaktur seperti pelapisan listrik atau pengawetan atau oleh perlindungan katodik yang tidak tepat selama servis yang tidak bergantung pada keberadaan sulfida.

• Mekanisme: Baja menyerap atom hidrogen yang menyebabkan penurunan tajam dalam ketangguhan ketangguhan dan kekuatan patah. Bahkan tanpa bahan korosif eksternal jika terdapat tegangan tarik, atom hidrogen akan mendorong nukleasi dan pertumbuhan retakan.

KATEGORI TIGA STABILITAS TERMAL DAN DEGRADASI MIKROSTRUKTURAL

Kinerja baja tahan karat martensit sangat bergantung pada struktur mikro temper yang stabil. Paparan suhu yang tidak tepat dapat menyebabkan degradasi mikrostruktur dan penurunan kinerja yang tajam.

1. Penggetasan Temperamen

Elemen paduan tertentu seperti timah fosfor dan antimon dapat terpisah di sepanjang batas butir selama pendinginan lambat atau pemaparan dalam waktu lama dalam kisaran 350 derajat C hingga 550 derajat C. Hal ini menyebabkan hilangnya ketangguhan impak baja secara signifikan sehingga menyebabkan penggetasan temper.

• Konsekuensi: Meskipun kekerasan tidak berubah secara signifikan, ketahanan material terhadap tegangan benturan akan menurun dengan cepat pada suhu rendah atau laju regangan yang tinggi sehingga sangat rentan terhadap patah getas.

• Tindakan Pencegahan: Menggunakan pendinginan air atau pendinginan cepat melalui kisaran suhu penggetasan kritis setelah temper.

2. Penggetasan 475 derajat C dan Presipitasi Fase Sigma

Paparan baja tahan karat martensit dalam jangka panjang dalam kisaran 400 derajat C hingga 500 derajat C dapat menyebabkan pengendapan fase kaya kromium khususnya sekitar 475 derajat C yang menyebabkan fenomena yang dikenal sebagai penggetasan 475 derajat C. Selanjutnya paparan yang terlalu lama pada suhu yang lebih tinggi seperti 600 derajat C hingga 900 derajat C dapat menyebabkan pengendapan fase sigma yang keras dan rapuh.

• Dampak: Kedua fenomena ini secara signifikan mengurangi plastisitas dan ketangguhan material sekaligus menurunkan ketahanan terhadap korosi.

• Wawasan Aplikasi: Suhu pengoperasian pipa MSS dalam jangka panjang harus dibatasi secara ketat dalam desain untuk menghindari rentang suhu sensitif ini.