MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 1
LGW 2‐mrt‐2017
Faalmechanisme KRUIP
Rob GOMMANS
INHOUDSOPGAVE
1. introductie en schades
2. kruip ‐ inleiding
3. kruip ‐ mechanismen
4. kruip ‐ levensduur
5. kruip ‐ voorbeelden
optioneel :
1. hoge‐temperatuur corrosie
2. SRC = Strain Relaxation Cracking
Materials & Corrosion
Know-How is een Besloten
Vennootschap geregistreerd
in Nederland.
Gommans Metallurgical
Services (GMS) is een han-
delsnaam van Materials &
Corrosion Know-How BV.
EEN NIEUWE NAAM, EEN VERTROUWD GEZICHT
ROB GOMMANS ZET ZIJN ACTIVITEITEN VOORT ONDER DE NAAM MATERIALS & CORROSION KNOW-HOW.
Materials & Corrosion Know-How is gespecialiseerd in de structurele integriteit van installaties en apparaten :• gedrag van materialen in hun omgeving (T,pH,%) en belasting (t,P,N) • definiëren en voorspellen van faal- en degradatie-mechanismen• corrosie-, materiaal- en lasproblemen alsmede schade-onderzoek• trouble shooting, reparatie-adviezen en probleemoplossingen• fitness for service en (rest)levensduurvraagstukken
Vestigingsadres : Eiland 15, 6107CA StevensweertCorrespondentie-adres : MTOC-gebouw, Kampstraat 86, 6163HG Geleen
T 046 419 7709 KVK 12056223M 06 5135 6198 BTW NL.8141.00.478.B01 [email protected] IBAN NL31 INGB 0007 1819 24www.mc-knowhow.nl BIC INGB NL2A
Kwalificaties: M.Sc. in Materials Science and Engineering from Delft Technical University since 1987Eur.Ing. (FEANI) since 2000Level 3 Inspection Specialist since 2003
CURRICULUM VITAE Rob GOMMANS Rob Gommans (1961) studied materials science and engineering at the Delft Technical University and has a Master’s Degree since 1987. During this period practical work has been performed at Sandoz (now Novartis) in Switserland. His Master’s Thesis has been performed at the Joint Research Centre of the European Commission in Petten about the interaction between creep and high-temperature corrosion of Alloy 800H in a sulfidising, carburising and oxidising atmosphere. In 1987 Rob Gommans has started his career at DSM and worked for all (53) its production plants. He was involved in materials investigations, properties and behaviour of metals and alloys and failure investigations. In most cases these metals have been applied as pressure vessel components or (rotating) machine parts. However, Rob Gommans is specialized in high-temperature problems, brittle fracture and failure investigations and mainly worked for the ethylene, syngas and power generation plants. He has many contacts in the (petro-)chemical industry in Europe and actively participated in national and European projects. In 2000 Rob Gommans has started his own business as independent technical consultant in materials science : "Gommans Metallurgical Services" (GMS). He worked for the (petro-)chemical industry, EPC-contractors, power stations, pulp- and paper industry, boiler and vessel manufacturers, manufacturers of special high-temperature steels, steam- and gas turbine manufacturers, insurance companies and damage surveyors. E-mail : [email protected] Between 2005 and 2015 he owned MCC Materials & Corrosion Consultants, a company specialised in investigations, inspections, and consultancy on materials and corrosion. Mainly for pressure vessels and (rotating) machinery in the process industry. Complete inspections including scaffolding, insulation (removal and application) and NDT were managed in-house. "One-stop shopping" for materials and welding, corrosion, inspections, regular and specialised NDT (including rope access), mechanical testing, metallurgical laboratory. Since 2016 Rob is active under the name of Materials & Corrosion Know-How (MC-KnowHow). The activities have remained similar and more emphasis is given to defining and predicting failure and damage mechanisms. E-mail : [email protected] ; website : www.mc-knowhow.nl In 2008 SINTRA Engineers (Structural INTegrity and Reliability Analysis) has been initiated. As the name already indicates the integrity and safety of plants, equipment and damaged components is assessed using Fitness-For-Service techniques (API-579, BS-7910). Fracture mechanics and Finite-Element-Modeling calculations (Abaqus) are used. Website : www.sintra-engineers.nl In 2009 the MTOC (Dutch for Materials and Technological Research Centre) has been initiated. This building houses specialised companies in the area of materials, engineering, technology, simulations, advanced calculations and investigations. By joining these expertise’s in one building a higher level of synergy is achieved for the clients. MC-KnowHow and Sintra Engineers participate in the MTOC. Website : www.mtoc.info Rob Gommans is also active in various technical (materials) committees :
- Technical Committee for Pressure Vessels (TCD; Technische Commissie voor Drukapparatuur) member since 1997 - Working Group on Materials (WG/M) of the TCD
member since 1993 ; chairman since 1997 - European Collaborative Creep Committee :
- chairman of the Working Group on Austenitic Steels (1995-1999) - member of the Management Committee (1995-1999) - member of the Working Group on Austenitic Steels (1992-1995 and 1999-2006)
- Dutch Contact Group on Creep and High-Temperature Phenomena (from 1989 onward), part of the Dutch Materials Society. Secretary of the Contact Group since 2010.
- member of the Corrosion Advisory Board of the IIR (sinds 2011), that organizes conferences and courses in the area of corrosion and materials.
Rob Gommans has performed inspections, failure investigations, provided consultancy for many clients/companies, mainly in Europe, but also in Brazil, Argentina, United Arab Emirates, Saudi Arabia, Iran, Kuwait, Qatar, Syria, Libya, Egypt, Canada, USA, India, Bangladesh, Pakistan, Malaysia and Singapore. He organises training and courses on materials, corrosion, inspections and is also asked as guest speaker in this area. Rob Gommans has also acted as expert witness in arbitration and court cases.
Company details Materials & Corrosion Know - How b.v. Statutory address Eiland 15 | 6107CA Stevensweert | The Netherlands Correspondence-address MTOC Building | Kampstraat 86 | 6163HG Geleen | The Netherlands Telephone Rob Gommans +31 46 410 7709 (office) +31 6 5135 6198 (mobile) Internet internet site www.mc-knowhow.nl e-mail address [email protected] Banking data ING Bank | P.O. Box 54 | 6190AB Amsterdam | The Netherlands IBAN NL31 INGB 0007 1819 24 BIC / SWIFT INGB NL2A Chamber of Commerce Chamber Roermond nr. 1205 6223 SBI-codes 7112 / 71202 / 71203 / 72192 VAT-number NL.8141.00.478.B01 Qualifications M.Sc. in Materials Science and Engineering (1987, Delft University)
Eur.Ing. recognised by FEANI (2000, certificate 00/001/GO) Level III Inspection Specialist (2003, Hogeschool Utrecht - NL)
Membership KIVI (Royal Dutch Institute of Engineers) - member number 4423
FEANI (European Federation of National Engineering Associations) Bond voor Materialenkennis (Dutch Materials Society) NACE (National Association of Corrosion Engineers, member nr. 315736)
Gommans Metallurgical Services is a trade name of M.C. Know-How bv
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 1
is een ingenieursbureau :
• gespecialiseerd in het gedrag van metalenin hun omgeving (T, medium, %, pH, etc.) enbelastingsomstandigheden (P, tR, Nf).
• schakel tussen theorie en praktijk.• onderzoeken van complexe schadegevallen• het geven van materiaal-, las- en reparatie-adviezen• opstellen inspectieplannen en -termijnen• uitvoeren van “risk-based” inspecties
• langdurige industriële kennis en ervaring in dit vakgebied
brosse breuk
tijdens afpersen
(omgevingstemperatuur
te laag)
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 2
C-Mn staal / PWHT 560°C / martensiet / tegenlas
CORROSIEonderISOLATIE
• LPG opslagbol• fire‐proofing• fire drills
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 3
CORROSIEonderISOLATIE
• ½Mo‐stalen regeneratieleiding• molzeven NH3‐fabriek)• alternerende bedrijfsvoering• (T = ambient – 350°C)• P = 70 bar waterstof (H2)• personal protection isolatie
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 1
is een ingenieursbureau :
• gespecialiseerd in het gedrag van metalenin hun omgeving (T, medium, %, pH, etc.) enbelastingsomstandigheden (P, tR, Nf).
• schakel tussen theorie en praktijk.• onderzoeken van complexe schadegevallen• het geven van materiaal-, las- en reparatie-adviezen• opstellen inspectieplannen en -termijnen• uitvoeren van “risk-based” inspecties
• langdurige industriële kennis en ervaring in dit vakgebied
brosse breuk
tijdens afpersen
(omgevingstemperatuur
te laag)
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 2
brosse breuk
tijdens afpersen
(omgevingstemperatuur
te laag)
C-Mn staal / PWHT 560°C / martensiet / tegenlas
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 3
CORROSIEonderISOLATIE
• LPG opslagbol• fire‐proofing• fire drills
CORROSIEonderISOLATIE
• ½Mo‐stalen regeneratieleiding• molzeven NH3‐fabriek)• alternerende bedrijfsvoering• (T = ambient – 350°C)• P = 70 bar waterstof (H2)• personal protection isolatie
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 4
HP‐scru
bberfailu
reurea
plan
t , Curitib
a (Bra)
corro
sionmeets
weld
defect +
failingleak
detectio
nsystem
overheating
due to operator error
root cause :
management decision
other examples :‐ row 2 of AFA2 gas turbine (choking)
‐ Agrium primary reformer 1998
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 5
8 nov 2012
explosieCentraleNijmegen
HoofdstoomLeidingØ600 x 35 mm
180 bar - 540°CX20CrMoV12.1
8 nov 2012
explosieCentraleNijmegen
HoofdstoomLeidingØ600 x 35 mm
180 bar - 540°CX20CrMoV12.1
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 6
multiple factors required for catastrophes
such as : ‐material defect, weld defect‐ design mistake‐ operating mistake‐management decision‐ corrosion, mechanical failure‐ etc.
facilitated by : ‐ lack of knowledge, training ‐ lack of exchanging information of failures‐ retirement of experienced engineers and experts
INHOUDSOPGAVE
1. introductie en schades
2. kruip ‐ inleiding
3. kruip ‐ mechanismen
4. kruip ‐ levensduur
5. kruip ‐ voorbeelden
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 7
wat is “KRUIP”?
tijd-afhankelijke plastische vervormingonder invloed van belasting (constant of wisselend)onder invloed van hoge temperatuur (T > 0,4 Tm in K)
bij σ < Re (T)
- staal : > 400 °C- aluminium : > 100 °C- lood : > -50 °C- ijs : > -150 °C- kunststoffen : > 0 °C
gevolg: vervormingen scheuren(locaties met hoogste spanning het eerst)
RestLevensduur problematiekbij hoge-temperatuur installaties
- hoge-druk stoomsystemen (>50 bar)stoomketels, OVO’s, turbines, leidingwerk
- gasturbines (stationair en vliegend)- stralings- en convectiesecties van fornuizen- ?
staaf onder belasting wordt langerbuis onder inwendige druk zwelt op
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 8
thin-lipfish-mouthrupture
(short-term overheating)
thick-lipcreep rupture
(long-term creep)
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 9
veel toegepaste materialen
staalsoort grenstemperatuur [°C]
type voorbeelden voor kruip voor kruip-vermoeiing
C-staalC-Mn staal
St.35.8, St. 45.8P265GH, P355GH
400 350
laaggelegeerd Cr-Mo staal
laaggelegeerd Cr-Mo-V staalhooggelegeerd Cr-Mo staal
martensitisch Cr-Mo staal
16Mo3, 16Mo5, Grade 113CrMo4-5, Grade 11/1210CrMo9-10, Grade 2214MoV6-3, 1CMVX11CrMo5; Grade 5X11CrMo9-1; Grade 9X20CrMoV11-1, Grade91
475 425
austenitisch RVS
Alloy 800 H/HT
TP 304, TP316TP321, TP347TP310X10NiCrAlTi32.20
575 525
primary secondary tertiary
Elastic deformation
Time
Few voids Orientation Micro-cracks
t
Yield strain
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 10
Scheuren betekenen het eindstadium van de levensduur. Vooraf hieraan onderkennen we gedurendede bedrijfstijd diverse degradatiestadia die aangegeven
worden in kruipklassen 0 t/m 5
Achtereenvolgens ontstaat:
• Structuurverval en carbidevorming (klasse 1)• Ontstaan van niet-georiënteerde kruipholten (klasse 2)• Ontstaan van georiënteerde kruipholten (klasse 3)• Microscheuren (klasse 4)• Macroscheuren (klasse 5)
..
.
STAGE 2
... .... ... .. ... ... .. .. . . .. ... .. ..
.....
..
. ..
. . .. ... . ...
.. .. ..
.... .. . ..
..
.. ....
...
.. ..
.
... .
.
.. .. ..
.. . .. . ..
.....
..
. ..
. . .. ... . ...
.. .. ..
.... . . ..
.
.. ....
...
..
...
.. .
.
.. .. ..
. ... .
1mm
1mm
..
. .
............. ..
.................... ......
....................... ..... .....
........................ .... ... ....
...
...
......
...
... ......
.........
............
... ...
...... ...
... ...... .........
...
...
...... ...
............
......
............... ......
... ..... ...
......
......... ...
. ....
...
. .... .... .... .... .... .... .... ...
............ ........
........ ....
.......
....
....
. .... ...
. .... .... ...
. .... ...
. ...
. .... ...
. ... . .... ... . ...
. ... . ...
. ...
. .... .... ...
. .... ...
. .... ...
. ...
..
Klasse 0 Klasse 1 Klasse 2
Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5
Neubauer (TüV 1983), VGB TW-507, NordTest TR 170
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 11
structuurverval en carbidevorming(klasse 1)
• structuurdegradatie door globularisering van perliet,bainiet of martensiet (in ferritische stalen)
• verdere “rijping en faseverandering” door vormingcarbides in de korrels en op de korrelgrenzen, metlagere hardheid en kruipsterkte als gevolg
• gaat door als f (t,T)
geïsoleerde kruipholten (klasse 2)
• secundair kruipstadium
• holten (voids) worden gevormd op de korrelgrenzen,bij voorkeur op tripelpunten, tgv. afschuiving van dekorrels.
• onderscheid tussen klasse 2A en 2B is de hoeveelheid gevormde (geïsoleerde) holten.
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 12
georiënteerde kruipholten (klasse 3)
• Holten gaan zich oriënteren op de korrelgrenzen
• Oriëntatie zichtbaar loodrecht op de spanningsrichting
• Onderscheid tussen klasse 3A en 3B is de
hoeveelheid gevormde holten (3B: parelsnoer)
klasse 3
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 13
micro-scheuren (klasse 4)
• Holten groeien en groeien aaneen, waardoor de
tussenliggende “damwanden” verdwijnen, en
de eerste microscheurtjes worden gevormd.
• scheurtjes verminderen de dragende doorsnede,
waardoor spanning en vervormingssnelheid
toenemen.
klasse 4A
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 14
klasse 4B
macroscheuren (klasse 5)
• Tertiaire kruipstadium
• Microscheurtjes groeien, groeien aaneen
en vormen macroscheuren,
die met DPI of MPI, vaak met blote oog zichtbaar zijn.
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 15
klasse 5
Werkproces RestLevensduur
houdt zich bezig met de beheersing van de faalmechanismen
kruip en kruip-vermoeiing (LCF)
TEAM
(senior) proces technoloog
(senior) mechanical engineer
inspectie deskundige (IKT-3)
hoge-temperatuur materiaaldeskundige
vertegenwoordiger AKI
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 16
werkproces
beheersing
faalmechanismen
“kruip en LCF”
RToD T0102
PRD 2.3 bijlage 7
uitvoering onderzoek
ontoelaatbare kruipschade :uitbreiding onderzoek,reparatie of vervanging
evaluatie resultaten
berekening spanningenen verbruiksfractie (u)
na 100.000 uur : inventarisatie(P, T, N) en dimensies
ontwerp 100.000 uur
selectie kritische componenten
opstellen eerste / vervolgaanvullend onderzoek
INHOUDSOPGAVE
1. introductie en schades
2. kruip ‐ inleiding
3. kruip ‐ mechanismen
4. kruip ‐ levensduur
5. kruip ‐ voorbeelden
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 17
KRUIP = tijd‐afhankelijke plastische vervorming
onder invloed van belasting, temperatuur en tijd
warmsterkte P355GH
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 100 200 300 400 500
temperatuur [°C]
ste
rkte
[M
Pa]
Re [MPa]
R1%100k [MPa]
Rmg200k [MPa]
Kruipproef
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 18
KRUIPCURVE
infuence of temperature or stress
primaire kruip
afnemende kruipsnelheid door versteviging door vorming van meerdislocaties
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 19
secundaire kruip
Gelijkblijvende kruipsnelheid omdat evenveel dislocaties gevormd worden alsdat opgeheven worden
SECONDAIRE KRUIP
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 20
DISLOCATIE-KRUIP
dislocatie-beweging door glijden (in één glijvlak)
dislocatie-beweging door glijden en klimmen
m = 0 en n 3
DIFFUSIE-KRUIP
m = 2 (volume)
m = 3 (korrelgrens)
en n = 1
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 21
Deformation mechanism maps (1)
Deformation mechanism maps (2)
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 22
extrapolatie probleem
1 E-08
1 E-07
1 E-06
1 E-05
1 E-04
1 E-03
1 10 100
stra
in r
ate
[1/h
]
stress [MPa]
Alloy 800 H/HT @ 800°C
diffusion creep
dislocation creep
combined creep
Alloy 800H bottom manifold
DMY T = 800°C P = 30 bar
stabiliteit micro-structuur
STABIEL
NIET-STABIEL
Omega methode
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 23
tertiaire kruip
vermindering van dragend oppervlak door vorming van holten en
scheuren
Kruipstadia / kruipklassen
Neubauer (1983)
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 24
KLASSE 3
vergroting
200x
KLASSE 5
vergroting
50x
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 25
KLASSE 4B
vergroting
100x
KLASSE 1 (zware degradatie)
vergroting
500x
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 26
INHOUDSOPGAVE
1. introductie en schades
2. kruip ‐ inleiding
3. kruip ‐ mechanismen
4. kruip ‐ levensduur
5. kruip ‐ voorbeelden
kruipproef
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 27
13 CrMo 4-5 bij T = 500°C
parametrischebenadering
PLM = T * (C + log tR)
C = 15-25 / T in K / tR in hours
Larson - Miller
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 28
Manson - Haferd
log tR - CPMH = ----------------
( T – To) n
T in K / tR in hours / n ~ 1 /C = 10-15 / To ~ bedrijfstemperatuur
extrapolatie onbetrouwbaar ?
P91 @ 600°C105h avg rupture
USA : 100 MPa1995 : 94 MPa2009 : 90 MPa
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 29
invloed legeringselementen
modified 9Cr-steel (P91)
element content influence
CNV
Nb
0.08 – 0.120.03 – 0.070.18 – 0.250.06 – 0.10
formation of carbides and carbo-nitridesformation of carbo-nitrides
VC (VNb)C (VNb)(CN)NbC (NbV)C (NbV)(CN)
Cr 8.0 – 9.5 oxidation resistance; Cr23C6 formation
Mo 0.85 – 1.05 solid solution hardening; stabilisation of Cr23C6 ; formation of Mo2C and Laves
Ni < 0.40 limitation of delta-ferrite formation
Mn 0.3 – 0.6 residual
Si 0.2 – 0.4 residual
Al < 0.040 desoxidation
P < 0.020 impurity
S < 0.010 impurity
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 30
P 91
influence of creep strengthon wall thickness
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 31
calculation of used-life fraction
dimensions
load
stress
component formulae
hoop stress formula
bend : torus factor
T-piece : z - factor
material information
(minimum) design curves or parametric formulae
used - life fraction
u = Σij tij / tRij
rupture time
operating history
P(t) and T(t)
operating time
sensitivity of used-life fraction
- temperature :
- pressure :
- wall thickness
- hours
- u doubles every 15-20 °C
- u + 2% for every bar
- (variable)
- linear
( for ferritic steels in HP-steam systems )
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 32
INHOUDSOPGAVE
1. introductie en schades
2. kruip ‐ inleiding
3. kruip ‐ mechanismen
4. kruip ‐ levensduur
5. kruip ‐ voorbeelden
calculation of used-life fraction
dimensions
load
stress
component formulae
hoop stress formula
bend : torus factor
T-piece : z - factor
material information
(minimum) design curves or parametric formulae
used - life fraction
u = Σij tij / tRij
rupture time
operating history
P(t) and T(t)
operating time
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 33
kruip - cases
- korte-duur oververhitting
- lange-duur oververhitting
- kruip-vermoeiing interactie
case : korte-duur oververhitting
KVW-coil in convectie-sectie van oven
- normaal niet in kruipgebied (300°C)
- oververhitting bij opstart (>534°C)
- medium = ketelvoedingswater (126 bar)
- materiaal = staal 15Mo3
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 34
0
100
200
300
400
500
600
16:48 18:00 19:12 20:24 21:36 22:48 0:00 1:12 2:24 3:36 4:48
tem
per
atu
ur
[°C
]
bedrijfsgegevens
flow
druk
KVW
rookgas
534°C ?
calculation of used-life fraction
Pijpø114,3 x 8,8 mm
P= 126 bar (max)
stress
component formulae
hoop stress formula
σ = P · (OD-d) / 2d
material information
parametric ISO TR-7468
minimum : σ = 1,25
used - life fraction
u = Σij tij / tRij
rupture time
operating history
P(t), T(t) figuur
tijd = 8 uur
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 35
RESULTAAT : oververhitting niet relevant
materiaal in-bedrijfname 1982 bedrijfsurencomponent = LEIDING P1 = 15Mo3 uren per jaar 0
P11 = 13CrMo44 bereken-datum 1 0 0P22 = 10CrMo910 bereken-datum 2 0 0
onderdeel Du d d-min P S S*1,25 T materiaal tR-min bedrijftijd u-max[mm] [mm] [mm] [bar] [Mpa] [Mpa] [oC] [uren] [uren] [-]
P=constantslangen 101,6 7,0 7,0 126 85,1 106,4 570 P1 337 8 0,0237uitlaatkast 101,6 7,0 7,0 126 85,1 106,4 570 P1 337 8 0,0237leiding WV-424 114,3 8,8 8,8 126 75,5 94,4 570 P1 522 8 0,0153
P = uurgemiddeldeslangen 101,6 7,0 7,0 73,2 49,5 61,8 570 P1 1.467 1 0,0007 19-20uslangen 101,6 7,0 7,0 76,7 51,8 64,8 570 P1 1.233 1 0,0008 20-21uslangen 101,6 7,0 7,0 86,9 58,7 73,4 570 P1 778 1 0,0013 21-22uslangen 101,6 7,0 7,0 101,2 68,4 85,5 570 P1 445 1 0,0022 22-23uslangen 101,6 7,0 7,0 108,0 73,0 91,2 570 P1 351 1 0,0028 23-24uslangen 101,6 7,0 7,0 108,5 73,3 91,6 570 P1 345 1 0,0029 24-01uslangen 101,6 7,0 7,0 98,2 66,4 82,9 570 P1 497 1 0,0020 01-02uslangen 101,6 7,0 7,0 118,4 80,0 100,0 570 P1 249 1 0,0040 02-03u
u-totaal 8 0,0168
uurgemiddelde per uur in de genoemde tijdperiode
< 3%
Σ
alleen kruip beoordeeld / andere faalmechanismen ?
OVO-coil in convectie-sectie van oven
- normaal in kruipgebied (515°C)
- set-point 20°C overtreden (binnen vergunning)
- medium = hoge-druk stoom (P = 126 bar)
- materiaal = staal 10 CrMo 9.10
case : lange-duur oververhitting
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 36
calculation of used-life fractionpijp
ø114,3 x 10 mm
ø273,1 x 14 mm
P= 126 bar (max)
stress
component formulae
hoop stress formula
σ = P · (OD-d) / 2d
material information
parametric ISO TR-7468
minimum : σ = 1,25
used - life fraction
u = Σij tij / tRij
rupture time
operating history
P(-), T(+20°C)
tijd = 12 jaar
lange-duur oververhittingmateriaal in-bedrijfname 1980 bedrijfsuren
component = LEIDING P1 = 15Mo3 uren per jaar 8500P11 = 13CrMo44 bereken-datum 1 1995 127,500P22 = 10CrMo910 bereken-datum 2 2007 229,500
onderdeel Du d d-min P S S*1,25 T materiaal tR-min u-max u-maxof DN [mm] [mm] [mm] [bar] [MPa] [MPa] [oC] [uren] 1995 2007
[-] [-]
OVO-1slangen 114.3 10.0 9.0 126 73.7 92.1 515 P22 384,000 0.3320 0.5977uitlaatkast 273.1 28.0 24.5 126 63.9 79.9 515 P22 792,000 0.1610 0.2898
materiaal in-bedrijfname 1995component = LEIDING P1 = 15Mo3 uren per jaar 8500
P11 = 13CrMo44 bereken-datum 1 2007P22 = 10CrMo910 bereken-datum 2 2007
onderdeel Du d d-min P S S*1,25 T materiaal tR-min u-maxof DN [mm] [mm] [mm] [bar] [MPa] [MPa] [oC] [uren] 2007
[-]
OVO-1 + 20°Cslangen 114.3 10.0 10.0 126 65.7 82.1 535 P22 110,000 0.9273uitlaatkast 273.1 28.0 28.0 126 55.1 68.9 535 P22 241,000 0.4232
Σ u2007
1.25930.5842
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 37
lange-duur oververhitting :
vaak : op termijn
korte-duur oververhitting :- vaak geen probleem- maar (laten) controleren
ONTHOUDEN : iedere +15°C halvering levensduurdus : bij 45°C factor 2*2*2 = 8 korter
creep damage
fati
gue
dam
age
kruipvermoeiing
-interactie
u = Σ t / tR
u = Σ N / Nf
MC‐KnowHow ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest
Materials & Corrosion Know‐HowRob GOMMANS 1
BEDANKTVOOR UW AANDACHT !
Rob GOMMANS
your Materials & Corrosion Consultant
Materials & Corrosion Know‐How
Kampstraat 86 ‐ 6163 HG Geleen
rob.gommans@mc‐knowhow.nl
Recommended