Duplex Çelik Borum Neden Arızalandı? Yaygın Sorunlara ve Önleme Taktiklerine Bir Bakış

Duplex Çelik Borum Neden Arızalandı? Yaygın Sorunlara ve Önleme Taktiklerine Bir Bakış

Çift fazlı paslanmaz çelikler (ferritik çeliklerin mukavemeti ve östenitik kalitelerin korozyon direnci) her iki dünyanın da en iyisini sunmayı vaat eder. Ancak başarısızlıklar meydana geldiğinde, bunlar genellikle bu malzemelerin neleri —ve neleri yapamayacağını— yanlış anlamaktan kaynaklanır. Eğer bir çift fazlı boru arızasını inceliyorsanız, büyük olasılıkla yaygın ancak önlenebilir bu sorunlardan biriyle karşı karşıyasınız.

Çift Fazlı Vaat: Beklentilerin Gerçekleştiği Yer

Çift fazlı paslanmaz çelikler (2205, UNS S32205/S31803) dikkat çekici özellikler sunar:

• Akma Dayanımı 304/316 paslanmaz çeliklerin yaklaşık iki katı

• Mükemmel klorür stres korozyon çatlama (SCC) direnci

• İyi piting ve oyuk korozyon direnci pREN değerleri 35-40 arasında

• Uygun termal genleşme ve iletkenlik özellikler

Ancak bu avantajlar, birçok tasarımcı ve imalatçının arızalar ortaya çıkana kadar göz ardı ettiği işleme ve kullanım koşullarına özgü duyarlılıkla birlikte gelir.

Yaygın Arıza Mekanizmaları ve Belli Başlı İpuçları

1. Klorür Stres Korozyon Çatlama (SCC)

Duplex çeliklerin östenitik türlere kıyasla daha üstün SCC direncine sahip olmasına rağmen, bunlara karşı tamamen bağışık değildir:

Arıza Senaryosu:
Bir kimya tesisi, 85°C'te klorür içeren soğutma suyu taşıyan 2205 duplex boru sisteminde yalnızca 8 ay sonra arıza yaşadı. Çatlaklar, çekme gerilmesi altındaki bölgelerde dış yüzeyden başlayarak ilerlemişti.

Kök Sebep Analizi:

• Klorür konsantrasyonu: 15.000 ppm

• Sıcaklık: Sürekli 80°C'nin üzerinde

• Kaynaktan kaynaklanan ve giderilmemiş artık gerilmeler

• Kritik bulgu : Duplex çelik, 304/316'ya göre ÇKG'ye daha iyi direnç gösterir ancak aşıldığı tespit edilen belirli sıcaklık sınırları vardır

Tanımlama:

• Mikroskop altında görülebilen dallanan transgranüler çatlaklar

• Çatlama genellikle pit alanlarında veya gerilme odaklanma noktalarında başlar

• Genellikle kaynakların ısı etkisi altındaki bölgelerinde (HAZ) meydana gelir

2. Gevrekleşme Aşamaları: Sessiz Mikroyapısal Katiller

Duplex çeliklerde en yaygın ancak önlenmesi mümkün olan arıza mekanizması:

Sigma Faz Formasyonu

Nerede oluşuyor:

• Kaynak ısıdan etkilenen bölgeler

• 600-950°C arasında uzun süre maruz kalan alanlar

• Kaynaklama veya ısı işleminden sonra yavaş soğutulan perdeler

Etki:

• Sertliğin büyük ölçüde azalması (% 90'a kadar kaybı)

• Dramatik olarak korozyon direnci azalır

• Yük altında kırılgan kırık

Örnek:
Bir rafinerinin iki katlı transfer hattı, kaynak onarımı sonrası basınç testi sırasında arızalıydı. Metalürjik analizler HAZ'da sigma faz yağışını ortaya çıkardı. Çarpışma gücü beklenen 100J+'dan 15J'nin altına düştü.

475°C Hırılganlık

Ne zaman meydana gelir:

• 300-525°C arasında uzun vadeli hizmet

• Yüksek sıcaklık uygulamalarında birkaç yıl sonra

• Özellikle basınçlı kaplarda ve reaktörlerde sorun yaratır

Sonuçlar:

• Tokluğun kademeli olarak kaybı

• Genellikle felaketle sonuçlanan bir hasara kadar fark edilmez

• Değiştirilmesi gereken geri dönüşümsüz hasar

3. İkifaz Dengesi: İsteğe Bağlı Olmayan %50-%50 Oranı

%50 östenit/%50 ferrit dengesi sadece ideal değil—zorunludur:

Arıza Deseni:
Bir deniz altı hattında, 2205 duplex olarak belirtildiği halde beklenmedik korozyon yaşandı. Analiz, mikroyapının %80 ferrit içerdiğini gösterdi ve bu da doğru orantılanmış duplex malzemeyi etkilememesi gereken korozyon mekanizmalarına karşı duyarlı hale getirdi.

Faz Dengesizliğinin Nedenleri:

• Çözelti tavlamadan sonra hızlı soğutma : Ferrit oluşumunu teşvik eder

• Yanlış ısıl işlem sıcaklığı : Çözelti tavlaması 1020-1100°C arasında yapılmalıdır

• Yanlış dolgu metali seçimi kaynak sırasında

Dengesizliğin Sonuçları:

• Aşırı ferrit: Düşük tokluk ve EKK direnci

• Aşırı ostenit: Daha düşük mukavemet ve farklı korozyon davranışı

• Her iki senaryoda da: Beklenen malzeme davranışından sapma

4. Galvanik Korozyon: Bağlantı Sorunu

Duplex çelikler, galvanik seri içinde orta bir konuma sahiptir:

Sorun Senaryosu:
2205 duplex ile nikel alaşımların birleştirildiği bir boru sisteminde eklem noktalarının duplex tarafında ciddi korozyon meydana geldi.

Gerçek Durum:

• Duplex, hastelloy gibi nikel alaşımlarına göre anodiktir gibi Hastelloy

• İletken ortamda birleştirildiklerinde duplex seçici olarak korozyona uğrar

• Birçok mühendis, tüm paslanmaz çeliklerin galvanik olarak benzer şekilde davrandığını yanlış bir şekilde düşünür

5. Fissür Korozyonu: Geometri Tuzak

İyi dirence rağmen, duplex'in sınırları vardır:

Arıza Koşulları:

• Durgun klorür çözeltileri

• Kritik pit oluşum sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklar

• Contaların altında, birikintilerde veya sıkı eklem yerlerinde

• Düşük pH'lı ortamlar

Önleme Açığı:
Birçok tasarımcı, duplex malzemeyi kapasitesinin hafifçe üzerinde olan koşullarda uygular ve spesifik korozyon sınırlarını doğrulamadan "paslanmaz" sınıflandırmasına güvenir.

İmalatın Tuzağı: Çoğu Sorunun Başladığı Yer

Kaynak Sorunları: En Yaygın Başarısızlık Noktası

Araştırmalarda Gözlemlenen Yanlış Kaynak Uygulamaları:

1. Geçiş sıcaklığının yanlış kontrol edilmesi

   • Maksimum: Standart duplex için 150°C

   • Gerçek: Saha kaynaklarında sıklıkla önemli ölçüde aşılmaktadır

   • Sonuç: Sigma fazının oluşumu ve korozyon direncinin azalması

2. Yanlış dolgu metali seçimi

   • 2209 dolgu yerine 309L kullanılması faz dengesini değiştirir

   • Uyumlu olmayan bileşim korozyon performansını etkiler

3. Yetersiz gaz koruması

   • Renk değişim sadece estetik değil—oksit oluşumunu gösterir

   • Oksitler, kaynak bölgesinde korozyon direncini azaltır

4. Yetersiz ısı girişi

   • Çok düşük: Isı Etkilenmiş Bölgede (HAZ) aşırı ferrit

   • Çok yüksek: Çökelme oluşumu ve tane büyümesi

Isıl İşlem Hataları

Çözelti Anillemesi Hataları:

• Sıcaklık çok düşük: Çökeltilerin yetersiz çözülmesi

• Sıcaklık çok yüksek: Soğumadan sonra aşırı ferrit içeriği

• Soğuma hızı çok yavaş: Ara metalik fazların çökmesi

Hata Önleme Taktikleri: Hatanın Mühendislikle Ortadan Kaldırılması

Tasarım Aşaması Müdahaleleri

Sıcaklık ve Çevre Sınırları:

• Klorürlerde maksimum çalışma sıcaklığı : 2205 duplex için 80-90°C

• pH izleme : Optimal performans için 3'ün üzerinde tutun

• Klorür eşik değerleri : 2205'in sınırlarının olduğunu unutmayın—bağışıklık varsayımı yapmayın

Gerilim Yönetimi:

• Belirtiniz kaydan sonra ısıtma işlemi ağır hizmet için

• Tasarım geriye kalan gerilmeleri en aza indirmek için

• Kaçınmak gerilme birikimleri yön değişimlerinde

İmalat Kalite Güvencesi

Kaynak Protokolü Uygulaması:

- Dolgu metali: 2205 ana metal için 2209 - Ara geçiş sıcaklığı: Sürekli izlenen ≤150°C - Koruyucu gaz: %99,995 saflıkta argon ve %30-40 helyum - Isı girişi: Kalınlığa bağlı olarak 0,5-2,5 kJ/mm 

Doğrulama Testi:

• Feritskop ölçümleri kaynaklarda: Kabul edilebilir aralık %35-65 ferrit

• Korozyon testi kaynak numuneleri için: ASTM G48 Metod A

• Sızdıran boya muayenesini : Tüm kaynaklar, istisna yok

Operasyonel İzleme ve Bakım

Kritik Parametre Takibi:

• Tasarım limitlerinin üzerinde sıcaklık sapmaları

• Klorür konsantrasyonunda artış

• çalışma aralığının dışında pH değişiklikleri

• Düşük akış koşullarını gösteren birikinti oluşumu

Önleyici Muayene Programı:

• Kritik bölgelerde düzenli UT kalınlık haritalaması

• Çatlaklar için ıslak floresan manyetik partikül testi

• Bilinen problem alanlarında pit ölçüm cihazı ölçümleri

Arıza Analizi Protokolü: Gerçek Nedeni Bulmak

Arıza meydana geldiğinde, sistematik bir inceleme temel nedeni ortaya koyar:

1. Görsel muayene arızanın oluşum yerinin belgelenmesi

2. Kimyasal analiz malzeme bileşiminin doğrulanması için

3. Metalografya mikroyapının ve faz dengesinin incelenmesi için

4. Kırık yüzey analizi (Fraktografi) çatlak başlangıcını ve yayılımını belirlemek için

5. Korozyon ürünü analizi çevresel faktörleri belirlemek için

6. Mekanik Test özellik kayıplarını doğrulamak için

7. İmalat kayıtlarının incelenmesi ve kaynak prosedürleri

Malzeme Seçimi: Duplex Malzeme Çözüm olmadığında

Bazen en iyi önlem, farklı bir malzeme seçmektir:

Aşağıdaki durumlarda Süper Duplex (2507) malzemesini düşünün:

• Klorür seviyeleri 2205'in kapasitesini aşıyorsa

• Daha yüksek sıcaklıklardan kaçınılamıyorsa

• Geliştirilmiş mukavemet gereklidir

Şu durumlarda Nikel Alaşımlarını göz önünde bulundurun:

• Sıcaklık ve klorür kombinasyonları şiddetli olduğunda

• İndirgeyici asitler mevcutsa

• Önceki duplex kırılmaları aşırı agresif koşulları gösteriyorsa

Güvenilir Duplex Performansına Giden Yol

Duplex çelik arızaları genellikle teorik kapasiteler ile pratik uygulama sınırları arasındaki farktan kaynaklanır. Malzemenin işleme hassasiyeti, doğru imalatın vazgeçilmez olduğunu gösterir. Gevrek fazlar, klorür çatlama korozyonu, galvanik korozyon ve dengesiz faz dağılımı gibi yaygın arıza mekanizmalarını anlayarak mühendisler, duplex çeliğin vaat ettiği performansı elde etmek için gerekli kontrolleri uygulayabilir.

Duplex'un başarısı ile başarısızlığı ayıran nokta genellikle işleme gereksinimlerine saygı duymak ve "paslanmaz"ın "kırılamaz" anlamına gelmediğini anlamaktır. Doğru spesifikasyonlarla, imalat kontrolüyle ve belirlenmiş sınırlar içinde çalışma ile duplex çelikler olağanüstü hizmet sunar. Bu kontroller olmadan ise başarısızlıklar sadece mümkün değildir—öngörülebilir olurlar.