¿Qué es la fragilización de 885 ° F o 475 ° C?

885 ° F o 475 ° C fragilización

Es una pérdida de ductilidad y tenacidad a la fractura del material, debido a un cambio metalúrgico, que puede ocurrir en aceros inoxidables, que contienen una fase de ferrita, como resultado de la exposición en el rango de temperatura de 600 ° F a 1000 ° F o 315 °. C hasta 540 ° C. Este tipo de fragilización puede provocar fallas por agrietamiento.

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Cuando los aceros inoxidables se calientan en el rango de 400 – 550 ° C, aunque el efecto es más pronunciado a 475 ° C, se observa una caída dramática en la tenacidad después de una exposición prolongada. Esto se debe a la formación de dominios ricos en cromo y precipita dentro de la matriz rica en hierro por descomposición espinodal de ferrita a estas temperaturas. Este efecto se vuelve más pronunciado a medida que aumenta el contenido de cromo.

Este fenómeno se denomina  fragilización a 475 ° C  ya que la tasa de fragilización es máxima a  475 ° C. También se denomina fragilidad por envejecimiento térmico.

¿Qué materiales se ven afectados por la fragilización de 885 ° F?

 SS de la serie 400 (por ejemplo, 405, 409, 410, 410 S, 430 y 446).

Aceros inoxidables dúplex como Aleaciones 2 2 05, 2 3 04 y 2 5 07.

Metales de soldadura de acero inoxidable austenítico (serie 300), que normalmente contienen hasta aproximadamente un 10% de fase de ferrita para evitar el agrietamiento en caliente durante la soldadura.

Factores críticos para la fragilización de 885 ° F

un. Composición de la aleación, particularmente contenido de cromo, cantidad de fase de ferrita y temperatura de funcionamiento.

B. Las aleaciones con bajo contenido de cromo (por ejemplo, SS4 0 5, SS4 0 9, SS 4 1 0 y 410 S) son menos susceptibles a la fragilización. Los aceros inoxidables ferríticos con alto contenido de cromo (por ejemplo, SS 4 3 0, que contiene de 16% a 18% de cromo) y SS 4 4 6 que contienen de 23% a 27% de cromo y aceros inoxidables dúplex (22% a 25% de Cr) son mucho más susceptible. En la serie 300, las aleaciones SS308 y SS347H han encontrado evidencia de fragilización de 885 ° F en las pruebas de impacto Charpy. Estas aleaciones de metales de soldadura se envejecieron en aprox. 850 a 885 ° F.

  • Las cantidades crecientes de fase de ferrita en los aceros inoxidables dúplex aumentan la susceptibilidad al daño cuando se opera en el rango de alta temperatura de interés. Ocurrirá un aumento dramático en la temperatura de transición de dúctil a frágil. Los aceros inoxidables dúplex también deben enfriarse rápidamente después de la soldadura para evitar la formación de fases de fragilización.
  • Se requiere exposición a altas temperaturas para la fragilidad. Una consideración primordial es el tiempo de funcionamiento a una temperatura dentro del rango de temperatura crítica. El daño es acumulativo y resulta de la formación de una fase metálica ordenada fragilizante o fase alfa prima que ocurre más fácilmente a aproximadamente 885 ° F. Se requiere tiempo adicional para alcanzar la máxima fragilización a temperaturas superiores o inferiores a 885 ° F. Por ejemplo, se pueden necesitar muchos miles de horas para causar fragilización a 600 ° F o 315 ° C.
  • El efecto sobre la tenacidad no es pronunciado a la temperatura de funcionamiento, pero es significativo a temperaturas más bajas experimentadas durante paradas, puestas en marcha o interrupciones de la planta.
  • La fragilidad también puede resultar del tratamiento térmico si el material se mantiene dentro o se enfría lentamente a través del rango de fragilidad.

Unidades o equipos afectados en refinería

  • La fragilidad de 885 ° F se puede encontrar en cualquier unidad donde las aleaciones susceptibles estén expuestas al rango de temperatura de fragilización. La mayoría de las refinerías limitan el uso de acero ferrítico a aplicaciones sin límites de presión debido a este mecanismo de daño.
  • Los ejemplos comunes incluyen bandejas fraccionadoras y componentes internos en recipientes de alta temperatura utilizados en unidades de craqueo catalítico fluido (FCC), de vacío, crudo y coquizador. Las fallas típicas incluyen grietas al intentar soldar o enderezar bandejas de torre dobladas y volcadas hechas de acero inoxidable tipo 4 0 9 y 4 1 0. (Esto ocurre a menudo con las bandejas de torres de vacío de este material).
  • Otros ejemplos incluyen tubos intercambiadores de calor de acero inoxidable dúplex y otros componentes expuestos a temperaturas superiores a 600 ° F o 315 ° C durante períodos de tiempo prolongados. Los aceros inoxidables dúplex normalmente se limitan a una temperatura máxima de servicio de 600 ° F.

Apariencia o morfología del daño

  • La fragilización de 885 ° F es un cambio metalúrgico que no es evidente con la metalografía.
  • La existencia de fragilización de 885 ° F posiblemente se puede identificar por un aumento en la dureza en las áreas afectadas. La falla durante la prueba de flexión o la prueba de impacto de las muestras retiradas del servicio es el indicador más positivo de fragilidad.
  • La mayoría de los casos de fragilización se encuentran en forma de agrietamiento durante los cambios de sentido o durante el arranque o parada cuando el material está a una temperatura más baja, donde los efectos de la fragilidad son más perjudiciales. Se ha demostrado que el SS 4 1 0 quebradizo requiere una temperatura de aproximadamente 350 ° F o 175 ° C antes de que se recupere la tenacidad adecuada.

Prevención / mitigación de la grafitización

  • La mejor práctica para prevenir la fragilización a 885 ° F es evitar exponer el material susceptible al rango de fragilización o utilizar un material no susceptible.
  • El agrietamiento del material quebradizo a menudo se puede evitar mediante controles de temperatura durante el arranque y el apagado.
  • La fragilización de 885 ° F es reversible mediante tratamiento térmico seguido de enfriamiento rápido. La temperatura del tratamiento térmico de eliminación de fragilización es típicamente de 1100 ° F o 595 ° C o más y puede no ser práctica para muchos equipos. Si el componente sin fragilización se expone a las mismas condiciones de servicio, se volverá a fragilizar más rápido de lo que lo hizo inicialmente.

Inspección y seguimiento

  • Este mecanismo de daño es muy difícil de encontrar antes de que el equipo falle. También depende del tiempo y puede llevar un tiempo desarrollarse en el servicio. La inspección en línea no es aplicable.
  • El método más eficaz para detectar o confirmar la fragilización es retirar y realizar una prueba de impacto o doblado de una muestra del material sospechoso. Una prueba de plegado fallida confirma la presencia de fragilización.
  • La inspección visual para buscar la presencia de grietas también es un indicador.
  • Las pruebas de dureza de campo pueden distinguir el material quebradizo del no quebradizo, pero las pruebas de dureza por sí solas generalmente no son definitivas. Además, la prueba de dureza en sí misma puede producir grietas, dependiendo del grado de fragilización.
  • La prueba de martillo (“prueba de impacto de campo”) se considera una prueba destructiva. Golpear un componente sospechoso con un martillo puede romperlo, dependiendo del grado de fragilidad. La prueba de martillo puede confirmar que un componente no está muy quebradizo, si no se agrieta, o que está quebradizo, si se agrieta.