¿Qué es la grafitización en acero al carbono, acero de baja aleación?

¿Grafitización?

La grafitización es un cambio en la microestructura de ciertos aceros al carbono y aceros 0.5 Moly. Durante la grafitización, estos cambios tienen lugar en ciertos grados de acero al carbono y aceros 0,5 Moly durante la exposición a una temperatura de funcionamiento a largo plazo de 800 ° F a 1100 ° F o 427 ° C a 593 ° C. Esto da como resultado la pérdida de resistencia mecánica, ductilidad o resistencia a la fluencia.

La primera imagen muestra el metal base no afectado de un acero al carbono que tiene microestructura de perlita y ferrita. Cuando este material se expone a altas temperaturas por encima de los 800 grados Fahrenheit, la grafitización se produce como se ve por el área negra en la segunda imagen.

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¿Qué materiales se ven afectados por la grafitización?

Sucede que se trata de ciertos grados de acero al carbono o material CS.

 y 0,5 aceros al molibdeno como el grado SA 182 F 1 y el grado SA 204 A, B y C, etc.

Factores críticos para la grafitización

El factor principal que afecta la grafitización son:

un. Química del metal base

B. Estrés, temperatura y tiempo de exposición.

Afecta aceros al carbono y aceros al carbono molibdeno hasta 1.0% molibdeno. La adición de 0,7% de cromo elimina eficazmente el efecto de grafitización en el acero.

La temperatura como factor principal controla la tasa de grafitización. Por debajo de 800 grados Fahrenheit (o 427 grados Celsius), la velocidad es extremadamente lenta. Un aumento de temperatura aumenta la tasa de grafitización.

Tipos de grafitización

La grafitización se divide en dos partes.

Primero, grafitización aleatoria

Segundo, Cadenas o planos locales de Grafitización Concentrada. Esta forma de grafitización puede resultar en una reducción significativa en la capacidad de carga mientras aumenta el potencial de fractura frágil a lo largo de este plano.

Cadenas o planos locales de nódulos de grafito concentrado que pueden clasificarse además en:

  • un. Grafitización de la zona afectada por el calor de la soldadura (HAZ), también llamada grafitización de las CEJAS . Esto se encuentra con mayor frecuencia en la zona afectada por el calor adyacente a las soldaduras en una banda estrecha, correspondiente al borde de baja temperatura de la zona afectada por el calor. En las uniones a tope soldadas de múltiples pasadas, estas zonas se superponen entre sí, cubriendo toda la sección transversal. Se pueden formar nódulos de grafito en el borde de baja temperatura de estas zonas afectadas por el calor, lo que da como resultado una banda de grafito débil que se extiende a lo largo de la sección. Debido a su apariencia, esta formación de grafito dentro de las zonas afectadas por el calor se denomina grafitización de cejas.

B. Grafitización sin soldadura, una forma de grafitización localizada que también ocurre en forma de cadena . A veces ocurre a lo largo de planos de fluencia localizada en acero. en forma de cadena, experimentó una deformación plástica significativa como resultado de operaciones de trabajo en frío o doblado.

Cronograma de apariciones de grafitización

La grafitización de la zona afectada por el calor severo puede desarrollarse en tan solo cinco años a temperaturas de servicio superiores a 1000 ° F (538 ° C). Se esperaría encontrar una grafitización muy leve después de 30 a 40 años a 850 ° F (454 ° C).

El gráfico aquí muestra la relación de la grafitización de varias zonas afectadas por el calor con la temperatura de servicio y las horas de servicio.

Unidades o equipos afectados en refinería

  1. Principalmente tuberías y equipos de pared caliente en la FCC, unidades de reformado catalítico y coquización.
  2. Reactores y tuberías de unidades de craqueo catalítico fluido, así como con tubos de horno de acero al carbono en una unidad de craqueo térmico y la falla de soldaduras de sellado en la placa de tubo inferior de una caldera de calor residual vertical en un craqueador catalítico fluido.
  3. Los tubos economizadores, las tuberías de vapor y otros equipos que operan en el rango de temperaturas de 850 ° F a 1025 ° F (441 ° C a 552 ° C) tienen más probabilidades de sufrir grafitización.

Apariencia o morfología del daño

Como el daño por grafitización ocurre a nivel de microestructura, se requiere un microscopio para la observación.

Las etapas avanzadas de daño relacionadas con la pérdida de resistencia a la fluencia pueden incluir formación de microfisuras / micro-huecos, grietas subterráneas o grietas conectadas a la superficie.

Prevención / mitigación de la grafitización

La grafitización se puede prevenir mediante el uso de aceros de baja aleación que contienen cromo para operaciones a largo plazo por encima de 800 ° F (427 ° C).

Inspección y seguimiento

  1. La evidencia de grafitización se evalúa de manera más eficaz mediante la extracción de muestras de espesor total para su examen mediante técnicas metalográficas . Es posible que se produzcan daños en el medio de la pared, por lo que las réplicas de campo pueden resultar inadecuadas.
  2. Las etapas avanzadas de daño relacionadas con la pérdida de resistencia incluyen grietas por rotura de la superficie o deformaciones por fluencia que pueden ser difíciles de detectar.