Creep damage

 

 Creep damage

4.2.8 Creep

4.2.8.1 Damage का Description
High temperature पर metal components धीरे-धीरे और लगातार load के under deform हो सकते हैं, भले ही stress yield stress से कम हो। इस time-dependent deformation को creep कहा जाता है। इस तरह की deformation आगे चलकर damage पैदा करती है और अंततः rupture तक पहुंच सकती है।

4.2.8.2 Affected Materials
Creep सभी metals और alloys में हो सकता है।

4.2.8.3 Critical Factors
Creep deformation की rate material, applied load और temperature पर depend करती है। Damage (strain rate) temperature और stress दोनों के प्रति sensitive होता है। लगभग 25°F (12°C) temperature increase या 15% stress increase remaining life को आधा या उससे भी कम कर सकता है, alloy के अनुसार।

Table 4-3 में उन threshold temperatures का उल्लेख है जिनसे ऊपर creep damage concern बन जाता है। यदि metal temperature इन limits से ऊपर हो, तो creep damage और creep cracking हो सकता है।

Creep damage की level material और operating temperature/stress combination पर depend करती है। Threshold limit से नीचे temperature होने पर life लगभग infinite मानी जाती है, भले ही crack tip पर high stress हो।

“Creep embrittlement” शब्द अक्सर गलत तरीके से उपयोग किया जाता है; यह आमतौर पर low creep ductility को दर्शाता है।

Low creep ductility की विशेषताएं:

• Higher tensile strength materials और welds में ज्यादा severe होती है
• Lower creep temperature या high creep range के low stress region में ज्यादा दिखाई देती है
• Room temperature properties को प्रभावित नहीं करती
• कुछ CrMo steels में carbide types से promote होती है
• Corrosion से thickness loss होने पर stress बढ़ता है और failure जल्दी होता है

4.2.8.4 Affected Units or Equipment
Creep damage high temperature equipment में पाया जाता है जो creep range में operate करता है। Fired heater tubes सबसे ज्यादा susceptible होते हैं, साथ ही tube supports, hangers और furnace internals भी प्रभावित हो सकते हैं।

Hot-wall catalytic reforming reactors, hydrogen reforming furnace tubes, hot wall FCC reactors और FCC main fractionator/regenerator internals भी creep range में operate करते हैं और प्रभावित हो सकते हैं।

Catalytic reformer reactors के nozzle areas में weld HAZ cracks देखे गए हैं। High temperature piping और reactor long seam welds में भी cracking मिलती है।

Ferritic-austenitic dissimilar welds में differential thermal expansion के कारण creep-related damage हो सकता है।

4.2.8.5 Appearance or Morphology of Damage
Creep damage का initial stage केवल SEM metallography से detect किया जा सकता है। Grain boundaries पर creep voids बनते हैं, जो आगे चलकर fissures और cracks में बदल जाते हैं।

Higher temperature पर noticeable deformation (जैसे heater tubes में bulging) देखा जा सकता है। Deformation material, temperature और stress पर depend करता है।

Vessels और piping में high stress concentration areas (nozzles, tees, weld flaws) पर creep cracking हो सकता है और once initiated, तेजी से progress कर सकता है।

4.2.8.6 Prevention / Mitigation
Susceptible material में creep damage को पूरी तरह रोकना मुश्किल होता है। केवल metal temperature को minimize करना (especially fired heater tubes में) और stress concentrators को design/fabrication में avoid करना मदद करता है।

Low creep ductility को material chemistry selection से improve किया जा सकता है। कुछ cases में higher PWHT temperature creep ductility को improve कर सकता है।

Creep damage irreversible होता है। Once damage या cracking detect हो जाए, component की remaining life बहुत कम रह जाती है और repair या replacement करना पड़ता है।

Repair examples:

• Catalytic reformer reactor nozzles में damaged metal को remove करके re-welding और blend grinding किया जाता है
• Fired heater tubes में improved creep-resistant alloys का उपयोग किया जाता है
• Heaters को hot spots और overheating से बचाकर operate किया जाता है
• API 579-1/ASME FFS-1 के अनुसार inspection और life assessment किया जाता है

4.2.8.7 Inspection and Monitoring
Creep damage को किसी single inspection technique से detect करना मुश्किल है। UT, RT, EC, dimensional measurement और replication techniques का combination use किया जाता है। Destructive sampling और metallography confirmation के लिए उपयोग होते हैं।

Pressure vessels में CrMo alloy welds (creep range में operating) पर focus किया जाता है। 1Cr-0.5Mo और 1.25Cr-0.5Mo materials ज्यादा prone होते हैं।

Fired heater tubes की inspection में:

• VT inspection (bulging, sagging, cracking के लिए)
• Wall thickness measurements
• Diametric growth measurement (strap/go-no-go gauge)
• Replication metallography (limited cases में)

Retirement criteria material और operating conditions पर depend करता है।

4.2.8.8 Related Mechanisms
High temperature exposure से होने वाला creep damage related है (4.2.10) से।
Reheat cracking (4.2.19) भी related mechanism है।

4.2.8.9 References
API 579-1/ASME FFS-1, API Standard 530, और API Standard 660 जैसे standards refer किए जाते हैं।

Figure 4-19 – Creep Failure of 310 SS Heater Tube Guide Bolt after approximately 7 years service at 1400°F (760°C). a.) Cross-section at 10X, as-polished. b) Voids and intergranular separation characteristic of long term creep, 100X, etched.