Globe technical Training and Engineering Services: Reheat Cracking

4.2.19 Reheat Cracking

4.2.19.1 Description of Damage

Reheat Cracking धातु (metal) में होने वाली एक प्रकार की cracking है, जो Post Weld Heat Treatment (PWHT) के दौरान या 750°F (399°C) से अधिक elevated temperature पर service के समय stress relaxation के कारण उत्पन्न होती है। यह समस्या सामान्यतः heavy wall sections में अधिक देखी जाती है।

4.2.19.2 Affected Materials

यह damage मुख्य रूप से Low Alloy Steels, विशेषकर Cr-Mo Steels जिनमें Vanadium मिला हो, में पाया जाता है। इसके अतिरिक्त 300 Series Stainless Steel (SS) तथा Nickel Base Alloys जैसे Alloy 800H भी इसके प्रति संवेदनशील होते हैं।

4.2.19.3 Critical Factors

Reheat Cracking को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में material type (chemical composition तथा impurity elements), grain size, fabrication के दौरान उत्पन्न residual stresses (cold working एवं welding), section thickness (जो restraint और stress state को नियंत्रित करती है), notches, stress concentrators, weld metal तथा base metal की strength, और welding एवं heat treatment conditions शामिल हैं।

विभिन्न सिद्धांतों के अनुसार, जो 300 Series SS तथा Low Alloy Steels में Reheat Cracking को समझाते हैं, इस damage की मुख्य विशेषताएँ निम्न हैं:

(a) Reheat Cracking के लिए उच्च stresses का होना आवश्यक है। इसलिए यह मोटे (thicker) sections तथा उच्च strength वाले materials में अधिक संभावना के साथ होती है।

(b) यह cracking उच्च तापमान पर तब होती है जब material की creep ductility इतनी नहीं होती कि वह applied या residual stresses को कम करने के लिए आवश्यक strain को सहन कर सके।

(c) वर्ष 2008 की पहली छमाही में 2¼Cr-1Mo-V reactors के fabrication के दौरान Reheat Cracking के कई मामले सामने आए। ये cracks केवल weld metal में थे, welding direction के transverse थे तथा केवल SAW (Submerged Arc Welding) welds में पाए गए। बाद में इसका कारण welding flux में मौजूद एक contaminant पाया गया।

(d) Reheat Cracking, PWHT के दौरान भी हो सकती है और high temperature service के दौरान भी। दोनों स्थितियों में cracks सामान्यतः intergranular होते हैं तथा इनमें deformation के बहुत कम या कोई स्पष्ट संकेत नहीं मिलते।

(e) सूक्ष्म intragranular precipitate particles grains को grain boundaries की तुलना में अधिक मजबूत बना देते हैं। परिणामस्वरूप creep deformation मुख्य रूप से grain boundaries पर केंद्रित हो जाती है, जिससे cracking की संभावना बढ़ जाती है।

(f) 300 Series SS में chloride Stress Corrosion Cracking (SCC) तथा PTASCC resistance बढ़ाने के लिए किए जाने वाले stress relief और stabilization heat treatment कभी-कभी विशेष रूप से मोटे sections में Reheat Cracking का कारण बन सकते हैं।

4.2.19.4 Affected Units or Equipment

Reheat Cracking मुख्य रूप से heavy wall vessels में उन स्थानों पर होती है जहाँ restraint अधिक होता है, जैसे nozzle welds और heavy wall piping।

इसके अतिरिक्त HSLA (High Strength Low Alloy) Steels भी Reheat Cracking के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं।

4.2.19.5 Appearance or Morphology of Damage

Reheat Cracking सामान्यतः intergranular होती है और stress state तथा geometry के आधार पर surface-breaking या embedded दोनों प्रकार की हो सकती है। यह अधिकतर weld के coarse-grained Heat Affected Zone (HAZ) में देखी जाती है।

कई मामलों में cracks केवल HAZ तक सीमित रहती हैं, किसी stress concentration वाले स्थान से शुरू होती हैं और आगे चलकर fatigue cracking के लिए initiation site का कार्य कर सकती हैं (Figure 4-60 से Figure 4-63)।

4.2.19.6 Prevention / Mitigation

Reheat Cracking को रोकने या कम करने के लिए design, fabrication तथा heat treatment के दौरान विशेष सावधानी आवश्यक है।

(a) Heavy wall sections में joint configurations ऐसी होनी चाहिए जो welding तथा PWHT के दौरान restraint को न्यूनतम रखें। साथ ही पर्याप्त preheat भी दिया जाना चाहिए।

(b) Grain size का high temperature ductility तथा Reheat Cracking susceptibility पर महत्वपूर्ण प्रभाव होता है। बड़े (large) grain size वाले HAZ कम ductile होते हैं और cracking के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं।

(c) Welding के दौरान बनने वाले metallurgical notches अक्सर HAZ cracking का कारण बनते हैं, विशेषकर weld और HAZ की boundary पर।

(d) Design और fabrication के दौरान cross-section में तीव्र परिवर्तन, जैसे short-radius fillets या undercuts, से बचना चाहिए क्योंकि ये stress concentration उत्पन्न करते हैं। Long-seam welds विशेष रूप से fit-up mismatch के कारण cracking के लिए संवेदनशील होते हैं।

(e) 2¼Cr-1Mo-V SAW weld materials के लिए Reheat Cracking की संभावना का मूल्यांकन करने हेतु prequalification screening tests, जैसे high-temperature (650°C) Gleeble tensile tests, करने पर विचार किया जाना चाहिए।

(f) Alloy 800H में service के दौरान cracking का जोखिम कम करने के लिए ऐसे base metal और matching weld metal का उपयोग करना चाहिए जिनमें Al + Ti < 0.7% हो।

(g) यदि Alloy 800H को 540°C से अधिक तापमान पर operate करना है, तो material को thermal stabilization heat treatment के साथ खरीदा जाना चाहिए तथा welds और cold-worked sections पर PWHT किया जाना चाहिए। Welds को matching Alloy 800H filler material से बनाकर stress relieve करना चाहिए। अतिरिक्त जानकारी के लिए ASME Section VIII, Division 1, UNF-56(e) का संदर्भ लिया जा सकता है।

(h) Thick-wall Stainless Steel piping में जहाँ संभव हो, PWHT से बचना चाहिए।

4.2.19.7 Inspection and Monitoring

(a) Carbon Steel और Low Alloy Steel में surface cracks का पता लगाने के लिए UT (Ultrasonic Testing) तथा MT (Magnetic Particle Testing) का उपयोग किया जा सकता है।

(b) 300 Series SS तथा Nickel Base Alloys में cracks की पहचान के लिए UT और PT (Penetrant Testing) प्रभावी तकनीकें हैं।

(c) Embedded cracks केवल UT examination द्वारा ही विश्वसनीय रूप से खोजी जा सकती हैं।

(d) Fabrication के दौरान 2¼Cr-1Mo-V reactors में Reheat Cracking की जाँच सामान्यतः TOFD (Time of Flight Diffraction) या manual shear wave UT द्वारा की जाती है। Demonstration block में प्रायः 3 mm side-drilled holes जितने छोटे defects तक की पहचान करने की क्षमता अपेक्षित होती है।

4.2.19.8 Related Mechanisms

Reheat Cracking को साहित्य में कई बार Stress Relief Cracking तथा Stress Relaxation Cracking के नाम से भी संदर्भित किया जाता है। ये सभी शब्द मूल रूप से उसी damage mechanism का वर्णन करते हैं, जिसमें elevated temperature पर stress relaxation के कारण intergranular cracking विकसित होती है।