MaintenanceBenelux.nl NL
Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.
ARTIKEL
Relaxatie scheurvorming voorkomen en genezen Kennis van materiaalgedrag blijft cruciaal
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

Relaxatie scheurvorming voorkomen en genezen

Kennis van materiaalgedrag blijft cruciaal

In 1991 werd relaxatie scheurvorming in metaallegeringen voor de eerste keer in Nederland onderkend, en intussen heeft al menig procesinstallatie de gevolgen ervan ondervonden. Over het ontstaan, de wijze waarop het fenomeen zich manifesteert en de remedie. Relaxatie scheurvorming is een mechanisch verschijnsel dat wordt veroorzaakt door een gebrek aan vervormbaarheid van een materiaal bij hoge temperaturen. Ontwerpers zijn meestal alleen geïnteresseerd in de vraag hoe zwaar een materiaal kan worden belast voor het bezwijkt, en die waarde nemen ze mee in het ontwerp. Maar de testomstandigheden waaronder de sterkte en de scheurvastheid van materialen vervolgens worden onderzocht, blijken lang niet altijd representatief voor de praktijk.
MATERIAALKENNIS | Wouter Oude Groothuis Kennis van materiaalgedrag blijft cruciaal RELAXATIE SCHEURVORMING VOORKOMEN EN GENEZEN In 1991 werd relaxatie scheurvorming in metaallegeringen voor de eerste keer in Nederland onderkend, en intussen heeft al menig procesinstallatie de gevolgen ervan ondervonden. Over het ontstaan, de wijze waarop het fenomeen zich manifesteert en de remedie. Relaxatie scheurvorming is een mechanisch verschijnsel dat wordt veroorzaakt door een gebrek aan vervormbaarheid van een materiaal bij hoge temperaturen. Ontwerpers zijn meestal alleen geïnteresseerd in de vraag hoe zwaar een materiaal kan worden belast voor het bezwijkt, en die waarde nemen ze mee in het ontwerp. Maar de testomstandigheden waaronder de sterkte en de scheurvastheid van materialen vervolgens worden onderzocht, blijken lang niet altijd representatief voor de praktijk. AUSTENITISCH STAAL Het optreden van relaxatie scheurvorming was Relaxatie scheurvorming Wanneer treedt het op? • bij precipitatiehardende legeringen die elementen bevatten waarvan de oplosbaarheid afneemt bij temperatuurdaling • bij (rest)spanningen • koudedeformatie • procestemperaturen 500-750 °C. Kenmerken • vaak een metallisch filament in de scheuren; • vacuümvorming voorafgaand aan het moment van scheuren; • scheurvorming naast de las met restspanningen in aanwezigheid van koudedeformatie; • hardheid van materiaal > 200HV5; • scheurvorming binnen 1 à 2 jaar na inbedrijfname. Prognose verloop • wordt de scheur bij een gegeven belasting groter; wat is de scheurgroeisnelheid en -richting? • stopt de scheurgroei na verloop van tijd? • wat is de residuele sterkte van een constructie(deel) als functie van de scheurlengte? • wat is de levensduur van een constructie(deel) als functie van (initiële) scheurlengte, belasting en omgeving? lang onbeheersbaar, mede omdat het mechanisme erachter onbegrepen bleef. Het blijkt dat dergelijke scheuren ontstaan in daarvoor gevoelige legeringen wanneer deze na het lassen worden blootgesteld aan thermische spanningen in het voor het materiaal gevoelige temperatuur- gebied (zie tabel). Het fenomeen is al meer dan 30 jaar bekend, zij het steeds onder andere namen: relaxation cracking (RC), stress assisted grain boundary oxidation (SAGBO) en stress induced cracking (SIC). Het verschijnsel doet zich doorgaans voor in componenten van austenitisch staal bij bedrijfstemperaturen tussen 550-750 °C. Austenitisch staal is oxidatiebestendig rvs met gunsti- Onderzoekstechnieken • optische microscopie • Scanning Elektronen Microscopie (SEM) met EDS (Energie Dispersieve Spectraal) -elementanalyse. Deze geven informatie over het type faalmechanisme en de eventuele verouderingseffecten. ge mechanische eigenschappen bij hoge temperatuur. Om die reden worden deze staalsoort ook vaak toegepast in de procesindustrie. Sommige staalsoorten vertonen al scheurvorming bij de ondergrens van het temperatuurrisicogebied (550-750 °C), sommige in het middensegment en sommige pas in de buurt van de bovengrens. ELASTICITEIT Procesinstallaties zitten meestal vol lasverbindingen en koudgebogen delen met een variabele wanddikte. Een groot deel van de austenitische materialen blijkt gevoelig voor relaxatie scheurvorming, vooral wanneer ze zijn gelast en wanneer er koudedeformatie is opgetreden (vervorming bij omgevingstemperatuur). Ook vertonen ze ‘veroudering’, een proces waarbij bij een hoge temperatuur hele kleine deeltjes (precipitaten) worden uitgescheiden in de korrel, waardoor de hardheid en de stugheid van het materiaal significant toenemen. Factoren die hierop van invloed zijn, zijn onder meer de chemische samenstelling van het basismateriaal, de korrelgrootte, de lastechniek en de procestemperatuur. Gezien het feit dat austenitisch staal na het lassen of na vervorming door kou zelden met warmte wordt behandeld, kan de resterende, vaak hoge, stress in het materiaal alleen worden opgeheven door tijdsafhankelijke, niet-elastische deformatie, een irreversibel proces dat wordt gekarakteriseerd door een dalende reksnelheid. Dit leidt tot vervorming op de punten waar de deformatiesnelheid het hoogst en de kans op het breken van intermoleculaire bindingen dus het grootst is. Goed buigzame materialen ondervinden hier meestal weinig tot geen hinder van. Wordt de maximale buigzaamheid echter een keer overschreden, dan kan – doorgaans na 1 à 2 jaar, dus nog voordat de eerste inspecties plaatsvinden – ernstige scheurvorming optreden. VOORKOMEN Het verschijnsel kan over het algemeen worden voorkomen door het gebruik van het juiste basis- Bij het lassen ontstaan restspanningen en microstructurele veranderingen die tot relaxatie scheurvorming kunnen leiden. Foto: Foodnote materiaal, de juiste lasapplicatiemiddelen en door warmtebehandeling (PWHT). Lassen is een essentieel onderdeel van de exploitatie en het onderhoud van installaties in de procesindustrie, en is bepalend voor de integriteit, de samenhang en daarmee voor de kwaliteit van een constructie. Het lasproces kan installaties echter ook onbedoeld verzwakken door restspanningen in een materiaal te brengen, wat de materiaaleigenschappen in negatieve zin beïnvloedt. Bij alle 8 Maintenance Benelux | nr. 3 | juni 2019 Maintenance Benelux | nr. 3 | juni 2019 9 lasprocessen speelt een combinatie van temperatuur en druk een rol. Het materiaal in de omgeving van de las verandert door het lasproces, en meestal niet in gunstige zin. Tijdens het lasproces ontstaat namelijk een hoge temperatuurgradiënt Maintenance Benelux www.maintenancebenelux.nl © ProcesMedia Engineered Services Maintenance Partners Belgium NV I Vitshoekstraat 6, 2070 Zwijndrecht I MATERIAALKENNIS tussen het lasmetaal en het moedermateriaal, en naarmate de las verder afkoelt, ontstaat er een restspanning. Met name bij dikkere materialen kunnen deze spanningen onaanvaardbaar hoog worden, zo hoog zelfs dat de ontwerpbelasting wordt overschreden. Om deze spanningen terug te brengen tot een aanvaardbaar niveau, is het zaak de las gedurende een bepaalde tijd tot een bepaalde temperatuur voor te verwarmen. Het temperatuurverschil tussen de las en het te lassen materiaal wordt daardoor lager en daarmee ook de thermische spanning. Daarnaast voorkomt voorwarmen het ontstaan van ‘harde zones’ waarvan koudscheuren het gevolg kan zijn. GENEZEN Behalve restspanningen treden door de hoge temperaturen tijdens het lasproces ook microstructurele veranderingen op. Deze kunnen de hardheid van het materiaal verhogen en de taaiheid verminderen. Om scheurvorming door relaxatie aan te pakken, kunnen de scheuren uitgeslepen worden en zo nodig gerepareerd worden met een nieuwe las, al dan niet in combinatie met een Post Weld Heat Treatment (PWHT). Deze warmtebehande- ling is een gecontroleerd proces om de lasmicrostructuur te verbeteren en de restspanningen die Relaxatie scheur in de warmte-beïnvloede zone (HAZ) van een las in Alloy 800H na een buigtest van 150 uur op 600 °C. Foto: TNO tijdens het lassen zijn ontstaan te verminderen. Het gelaste materiaal wordt dan opnieuw ver- warmd tot een temperatuur die lager is dan de lagere kritische transformatietemperatuur, en vervolgens gedurende een bepaalde tijd op die Het temperatuurgebied waarbinnen relaxatie scheurvorming kan optreden voor een aantal in de procesindustrie veelgebruikte basismaterialen. 10 Maintenance Benelux | nr. 3 | juni 2019 (advertentie) temperatuur gehouden. Hierdoor verbeteren de eigenschappen van het gelaste/bewerkte materi- aal. Andere voordelen van PWHT zijn onder meer de gunstige invloed op de vervormbaarheid (ductiliteit), minder kans op brosse breuken en een verbetering van de metallurgische structuur. Of een materiaal wel of geen PWHT-behandeling moet ondergaan, is afhankelijk van het legeringssysteem en van het feit of het systeem reeds eerder aan een warmtebehandeling is blootgesteld. Over het algemeen geldt dat PWHT meer aangewezen is naarmate het koolstofgehalte van een materiaal en het gehalte aan legeringen hoger is, en de dikte van de dwarsdoorsnede groter is. In de praktijk blijkt dat lasreparaties van relaxatiescheuren zonder PWHT over het algemeen weinig zinvol zijn, omdat de precipitatie en de relaxatie scheurvorming zich opnieuw voordoen. ● Met dank aan Jan Links, Lead Materials Specialist, Dow Benelux. voor roterende machines, turbomachinery en transformatoren +32 (0)3 541 71 40 (24/7) www.maintenancepartners.com
PROCES MEDIA
Solids Processing Fluids Processing MB Maintenance SchuettgutPortal
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
Service en contact
ContactDisclaimerPrivacyAdverterenLogin controlpanel