Brittle Fracture

 

Brittle Fracture

4.2.7 Brittle Fracture

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4.2.7.1 Description of Damage (नुकसान का विवरण)

Brittle fracture एक sudden और rapid fracture है जो applied या residual stress के कारण होता है।

इसमें material:

• बहुत कम या कोई plastic deformation नहीं दिखाता
• अचानक टूट जाता है
• ductility लगभग absent होती है

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4.2.7.2 Affected Materials (प्रभावित सामग्री)

• Carbon steels और low alloy steels (especially older steels)
• 400 Series stainless steels भी susceptible होते हैं

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4.2.7.3 Critical Factors (महत्वपूर्ण कारक)

a) Brittle fracture के लिए तीन मुख्य factors होते हैं:

1. Material fracture toughness
• Charpy impact test से measure होती है
2. Flaw का आकार और shape
• crack-like defect + stress concentration
3. Residual और applied stress

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b) Embrittling phases presence से susceptibility बढ़ जाती है।

c) Steel की cleanliness और grain size toughness को strongly affect करते हैं।

d) Thick sections में brittle fracture का risk ज्यादा होता है क्योंकि:

• triaxial stress बढ़ जाता है
• crack tip पर constraint ज्यादा होता है

e) आमतौर पर brittle fracture तब होता है जब temperature:

• Charpy ductile-to-brittle transition temperature से नीचे हो

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4.2.7.4 Affected Units or Equipment

a) ASME Section VIII Division 1 (1987 से पहले) equipment में toughness requirements कम थीं।

b) बाद के code (UCS-66) में impact exemption curves शामिल किए गए।

c) Main concern:

• startup
• shutdown
• hydrotest / pressure testing

d) Thick wall equipment हर unit में risk में हो सकता है।

e) Light hydrocarbons systems में autorefrigeration से brittle fracture हो सकता है:

• methane
• ethane/ethylene
• propane/propylene
• butane

Examples:

• alkylation units
• olefin units
• polymer plants
• storage bullets/spheres

f) Ambient temperature hydrotest में भी failure possible है।

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4.2.7.5 Appearance or Morphology (दिखावट)

a) Macroscopic features:

• straight cracks
• non-branching fracture
• plastic deformation बहुत कम या absent
• कभी-कभी slight shear lips दिख सकते हैं

b) Microscopically:

• cleavage fracture dominant
• limited intergranular cracking
• very little microvoid coalescence

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4.2.7.6 Prevention / Mitigation (रोकथाम)

a) New equipment:

• low temperature service के लिए specially designed materials use किए जाते हैं
• controlled composition + heat treatment + impact testing required
• ASME Section VIII UCS-66 follow किया जाता है

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b) Existing equipment:

• brittle fracture एक “event-driven” mechanism है
• risk depends on stress + toughness + flaw size
• API 579-1/ASME FFS-1 (Level 1/2) से evaluation किया जा सकता है

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c) Operational controls:

• pressure/temperature control
• startup/shutdown में low temperature पर pressure limit करना
• high stress locations की inspection

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d) Additional mitigation:

1. PWHT (Post Weld Heat Treatment)
• अगर पहले नहीं किया गया हो या repair के बाद किया गया हो
2. Warm pre-stress hydrotest
• उसके बाद lower temperature hydrotest
• MSOT envelope improve करने के लिए

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4.2.7.7 Inspection and Monitoring

• Inspection से brittle fracture directly prevent नहीं होता
• लेकिन susceptible vessels में pre-existing flaws detect किए जाते हैं

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4.2.7.8 Related Mechanisms

• Temper embrittlement
• Strain aging
• 885°F (475°C) embrittlement
• Sigma phase embrittlement
• Titanium hydriding

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Key Exam Points (Quick Revision)

• Nature: sudden brittle failure (no plastic deformation)
• Cause: stress + flaw + low toughness + low temperature
• Affected materials: carbon steel, low alloy steel, 400 SS
• Critical condition: below DBTT (ductile-to-brittle transition temp)
• Typical scenarios:
• startup/shutdown
• hydrotest
• autorefrigeration
• Fracture type:
• cleavage dominant
• straight crack, non-branching
• Prevention:
• UCS-66 design
• API 579 assessment
• PWHT + operational control