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Tubería de acero inoxidable martensítico es valorado por su alta resistencia y resistencia moderada a la corrosión, lo que lo hace crucial en sectores críticos como el procesamiento químico de petróleo y gas y la generación de energía. Sin embargo, en condiciones de alta tensión y medios agresivos específicos, el MSS es altamente susceptible al agrietamiento inducido por el medio ambiente, un modo de falla frecuente y severo.
1. Cracking bajo tensión por sulfuro (SSC)
El SSC representa el mecanismo de falla más destructivo para las tuberías MSS en condiciones de "servicio ácido" de petróleo y gas donde está presente el sulfuro de hidrógeno HS.
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Mecanismo: El sulfuro de hidrógeno se descompone en la superficie del metal produciendo hidrógeno atómico que penetra en el acero. Las áreas de alta resistencia y concentración de tensiones localizadas del acero martensítico, como las zonas trabajadas en frío o las soldaduras, son sitios principales para la acumulación de hidrógeno. El hidrógeno atrapado provoca una reducción local de la plasticidad y fragilidad que conduce a una fractura repentina bajo tensiones de tracción muy por debajo del límite elástico del material.
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Zonas de Alto Riesgo: Soldar zonas afectadas por el calor (HAZ), áreas de alta concentración de tensiones y tuberías con niveles de dureza no controlados (dureza excesiva).
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Tendencias de la industria: Debido al aumento de las presiones parciales de HS en entornos de pozos profundos y ultraprofundos, la industria está cambiando hacia aceros martensíticos modificados con níquel y carbono ultrabajo combinados con estrictos procesos de templado a alta temperatura para minimizar la susceptibilidad al SSC.
2. Fisuración por corrosión bajo tensión con cloruro (CISCC)
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Mecanismo: Los iones de cloruro dañan la película pasiva sobre la superficie del acero inoxidable, creando sitios para la concentración de tensiones. Bajo tensión de tensión sostenida, las grietas se inician y propagan transgranularmente o intergranularmente, lo que eventualmente conduce a una falla a través de la pared.
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Aplicaciones típicas: Generadores de vapor en plantas de energía, sistemas de tratamiento de salmuera de alta concentración y ciertas tuberías químicas de alta temperatura y alta presión.
CATEGORÍA DOS DAÑOS POR CARGA MECÁNICA Y FATIGA
Dado que los tubos MSS se utilizan a menudo en componentes dinámicos y de carga, su falla con frecuencia está relacionada directamente con tensiones cíclicas o cargas mecánicas extremas.
1. Fallo por fatiga
La fatiga es el modo de falla mecánica más común para materiales de alta resistencia bajo cargas cíclicas, como fluctuaciones de presión de fluidos o vibraciones mecánicas.
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Mecanismo: Las grietas generalmente se inician en defectos de la superficie, rayones en las paredes internas, picaduras de corrosión o inclusiones microscópicas. Los ciclos de tensión periódicos causan daño acumulado en la zona plástica en la punta de la grieta, lo que lleva a una lenta propagación de la grieta hasta que la sección transversal restante ya no puede soportar la carga instantánea, lo que resulta en una fractura frágil repentina.
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Zonas de alto riesgo: Ejes de bombas, álabes de turbinas donde se utiliza acero martensítico para las secciones de raíz y secciones de alta vibración en tuberías de transporte de larga distancia.
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Desafío técnico: La resistencia a la fatiga es muy sensible a la integridad de la superficie. El pulido fino de la superficie y el control de la profundidad de la capa trabajada en frío son fundamentales para mejorar la vida útil del MSS.
2. Fragilización por hidrógeno (HE)
Estrechamente relacionado con el SSC, el HE puede ser inducido por procesos de fabricación como galvanoplastia o decapado o por una protección catódica inadecuada durante el servicio, independientemente de la presencia de sulfuros.
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Mecanismo: el acero absorbe hidrógeno atómico, lo que provoca una fuerte disminución de la ductilidad, la tenacidad y la resistencia a la fractura. Incluso sin agentes corrosivos externos, si hay tensión de tracción, los átomos de hidrógeno promoverán la nucleación y el crecimiento de las grietas.
CATEGORÍA TRES ESTABILIDAD TÉRMICA Y DEGRADACIÓN MICROESTRUCTURAL
El rendimiento del acero inoxidable martensítico depende en gran medida de su microestructura templada estable. La exposición a temperaturas inadecuadas puede provocar una degradación microestructural y una fuerte disminución del rendimiento.
1. Fragilidad del temperamento
Ciertos elementos de aleación, como el fósforo, el estaño y el antimonio, pueden segregarse a lo largo de los límites de los granos durante un enfriamiento lento o una exposición prolongada en el rango de 350 grados C a 550 grados C. Esto conduce a una pérdida sustancial de la tenacidad al impacto del acero, lo que resulta en fragilidad por temple.
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Consecuencia: Si bien la dureza puede no cambiar significativamente, la resistencia del material a la tensión de impacto se deteriora rápidamente a bajas temperaturas o altas tasas de deformación, lo que lo hace altamente susceptible a la fractura frágil.
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Medidas preventivas: Emplear enfriamiento con agua o enfriamiento rápido a través del rango de temperatura crítica de fragilización después del revenido.
2. Fragilidad de 475 grados C y precipitación en fase sigma
La exposición prolongada del acero inoxidable martensítico en el rango de 400 grados C a 500 grados C puede provocar la precipitación de fases ricas en cromo, particularmente alrededor de 475 grados C, lo que provoca el fenómeno conocido como fragilización a 475 grados C. Además, la exposición prolongada a temperaturas más altas, como 600 grados C a 900 grados C, puede causar la precipitación de la fase sigma dura y quebradiza.
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Impacto: Ambos fenómenos reducen significativamente la plasticidad y tenacidad del material y al mismo tiempo disminuyen la resistencia a la corrosión.
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Información sobre la aplicación: La temperatura de funcionamiento a largo plazo de los tubos MSS debe estar estrictamente limitada en el diseño para evitar estos rangos de temperatura sensibles.
