Graphitization
4.2 Mechanical and Metallurgical Failure Mechanisms
4.2.1
Graphitization
4.2.1.1
Description of Damage (नुकसान का विवरण)
a)
Graphitization एक microstructural change है जो कुछ carbon steels और 0.5Mo steels में long-term operation के बाद 800°F से 1100°F (427°C से 593°C) temperature range में होता है। यह change material की strength, ductility और creep resistance को कम कर सकता है।
b)
Elevated temperatures पर इन steels में मौजूद carbide phases unstable हो जाते हैं और graphite nodules में break down हो सकते हैं। इस decomposition process को ही graphitization कहा जाता है।
4.2.1.2
Affected Materials (प्रभावित सामग्री)
कुछ grades के carbon steel और 0.5Mo steels प्रभावित होते हैं।
4.2.1.3
Critical Factors (महत्वपूर्ण कारक)
a)
Graphitization को प्रभावित करने वाले मुख्य factors हैं: chemistry, stress, temperature और exposure time।
b)
सामान्यतः graphitization बहुत common नहीं है। कुछ steels अधिक susceptible होते हैं, लेकिन exact कारण पूरी तरह understood नहीं है। पहले माना जाता था कि silicon और aluminum content का बड़ा role होता है,
लेकिन बाद में पाया गया कि इनका प्रभाव negligible है।
c)
Low alloy C-Mo steels (up to 1% Mo) में graphitization पाया गया है। लगभग 0.7% chromium addition से graphitization को eliminate किया जा सकता है।
d)
Temperature का बहुत महत्वपूर्ण effect होता है। 800°F (427°C) से नीचे इसकी rate बहुत slow होती है और temperature बढ़ने पर rate बढ़ जाता है।
e)
Graphitization के दो general types होते हैं:
- Random graphitization:
graphite nodules randomly distribute होते
हैं। इससे room-temperature
tensile strength कम हो
सकती है, लेकिन creep
resistance आमतौर पर प्रभावित
नहीं होती।
- Chain / localized graphitization (more severe): graphite nodules chains या
planes में
concentrate होते हैं, जिससे load-bearing
capacity significantly कम हो
जाती है और
brittle fracture का risk बढ़
जाता है।
f)
इसमें दो forms शामिल हैं:
- Weld heat-affected zone (HAZ) graphitization – weld के पास
narrow band में होता है, खासकर low temperature edge पर। Multi-pass welds में यह पूरे
section में
फैल सकता है।
इसे “eyebrow
graphitization” भी कहा
जाता है।
- Non-weld graphitization – localized yielding, cold working या bending के
कारण plastic deformation वाली regions में
chain-like form में develop होता
है।
g)
Graphitization की extent आमतौर पर qualitative रूप में बताई जाती है (none, slight, moderate, severe)। Severe HAZ graphitization 5 years के अंदर भी 1000°F (538°C) से ऊपर develop हो सकता है, जबकि slight graphitization 850°F (454°C) पर 30–40 years में देखा जा सकता है।
4.2.1.4
Affected Units or Equipment (प्रभावित इकाइयाँ)
a)
मुख्यतः FCC, catalytic reforming और coker units में hot-wall piping और equipment प्रभावित होते हैं।
b)
Bainitic grades, coarse pearlitic grades की तुलना में कम susceptible होते हैं।
c)
Refining industry में direct failures बहुत कम report हुए हैं,
लेकिन graphitization कई बार अन्य failures के साथ पाया गया है।
d)
FCC reactors और piping, thermal cracking units के furnace tubes, और waste heat boiler seal weld failures में cases report हुए हैं।
e)
Severe “eyebrow graphitization” से creep rupture strength बहुत कम हो सकती है, लेकिन slight/moderate graphitization सामान्यतः room और high-temperature properties को बहुत प्रभावित नहीं करता।
f)
Boiling surface tubing में यह rare है, लेकिन C-0.5Mo tubes और headers में 1940s में cases मिले हैं। Economizer tubing, steam piping आदि (850°F–1025°F range) अधिक susceptible हैं।
4.2.1.5
Appearance / Morphology (दिखावट)
a)
Graphitization visually दिखाई नहीं देता। इसे केवल metallographic examination से detect किया जा सकता है (Figure 4-1, 4-2)।
b)
Advanced damage में microfissuring, microvoid formation,
subsurface cracking और surface-connected cracking हो सकते हैं।
4.2.1.6
Prevention / Mitigation (रोकथाम)
Chromium-containing low alloy steels
का उपयोग करके 800°F (427°C) से ऊपर long-term operation में graphitization को prevent किया जा सकता है।
4.2.1.7
Inspection and Monitoring (निरीक्षण और निगरानी)
a)
सबसे effective method है full thickness sample निकालकर metallographic examination करना। Damage midwall में भी हो सकता है, इसलिए field replicas पर्याप्त नहीं हो सकते।
b)
Advanced damage में cracks या creep deformation हो सकते हैं जिन्हें detect करना कठिन होता है।
4.2.1.8
Related Mechanisms (संबंधित mechanisms)
Spheroidization और graphitization दोनों overlapping temperature ranges में होते हैं।
- Spheroidization: mainly above 1025°F (551°C)
- Graphitization: mainly below this temperature
4.2.1.9
References
(Various technical references –
books, ASM handbook, NACE papers, etc.)
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