Temper Embrittlement
4.2.3 Temper Embrittlement
4.2.3.1
Description of Damage (नुकसान का विवरण)
Temper embrittlement एक metallurgical change है जिसमें steel की toughness कम हो जाती है। यह change कुछ low alloy steels में long-term exposure के कारण होता है, जब material 650°F से 1070°F (343°C से 577°C) temperature range में रहता है।
इससे ductile-to-brittle transition
temperature ऊपर shift हो जाता है (Charpy impact testing में देखा जाता है)। Operating temperature पर यह नुकसान directly दिखाई नहीं देता, लेकिन start-up और shutdown के दौरान brittle fracture का risk बढ़ जाता है।
4.2.3.2
Affected Materials (प्रभावित सामग्री)
a)
मुख्य रूप से:
- 2.25Cr-1Mo steel
- 3Cr-1Mo steel (कम extent
में)
- high-strength low alloy Cr-Mo-V rotor steels
b)
पुरानी generation (1972 से पहले) 2.25Cr-1Mo steels ज्यादा susceptible होती हैं।
c)
C-0.5Mo, 1Cr-0.5Mo और 1.25Cr-0.5Mo steels significantly प्रभावित नहीं होतीं।
d)
Weld materials base metal की तुलना में अधिक प्रभावित होते हैं।
4.2.3.3
Critical Factors (महत्वपूर्ण कारक)
a)
Alloy composition, thermal history, metal temperature और exposure time मुख्य factors हैं।
b)
Susceptibility Mn, Si और tramp elements जैसे phosphorus, tin, antimony और arsenic पर depend करती है।
c)
2.25Cr-1Mo steels में embrittlement 900°F (482°C) पर जल्दी develop होता है,
लेकिन long-term damage 850°F (440°C) पर ज्यादा severe होता है।
d)
Fabrication heat treatment के दौरान भी कुछ embrittlement हो सकता है, लेकिन major damage long-term service में होता है।
e)
यह damage crack-like flaws के साथ component की structural integrity को significantly reduce कर सकता है।
4.2.3.4
Affected Units or Equipment (प्रभावित इकाइयाँ)
a)
Long-term exposure (>650°F) वाले process units में यह पाया जाता है, लेकिन direct failures बहुत rare हैं।
b)
Hydroprocessing units (reactors, hot exchangers, HP separators), catalytic
reforming units, FCC reactors, coker और visbreaking units प्रभावित हो सकते हैं।
c)
Welds base metal की तुलना में अधिक susceptible होते हैं।
4.2.3.5
Appearance or Morphology (दिखावट)
a)
यह metallurgical change visually दिखाई नहीं देता, केवल impact testing से confirm किया जाता है।
b)
यह catastrophic brittle fracture का कारण बन सकता है।
c)
Charpy V-notch test में ductile-to-brittle transition
temperature ऊपर shift होता है,
लेकिन upper shelf energy प्रभावित नहीं होती।
d)
Severe cases में SEM analysis में intergranular cracking दिखता है (grain boundary impurity segregation के कारण)।
4.2.3.6
Prevention / Mitigation (रोकथाम)
a)
Existing Materials
1)
अगर impurity elements critical level पर हों और material embrittling temperature
range में exposed हो, तो इसे पूरी तरह prevent नहीं किया जा सकता।
2)
Startup/shutdown में brittle fracture रोकने के लिए Minimum Pressurization Temperature
(MPT) strategy अपनाई जाती है।
- Low temperature पर pressure
~25% design pressure तक limit
किया जाता है।
- MPT एक envelope
होता है, single point नहीं।
3)
MPT लगभग:
- 350°F (older steels)
- 125°F या lower
(modern steels)
4)
Weld repair में temporary de-embrittlement किया जा सकता है:
- 1150°F (620°C) पर 2
hours per inch heating
- फिर rapid cooling
- लेकिन service में
वापस embrittlement फिर से हो
सकता है।
b)
New Materials
1)
Embrittlement को reduce करने के लिए Mn, Si, P, Sn, Sb, As की content control की जाती है।
2)
Strength और PWHT control भी जरूरी है।
3)
J* and X factors से susceptibility control की जाती है:
- J* = (Si +
Mn) × (P + Sn) × 10⁴
- X = (10P +
5Sb + 4Sn + As) / 100 (ppm based)
Typical limits:
- J* ≤ 100
- X ≤ 15
4)
(P + Sn) को
< 0.01% रखना embrittlement कम करता है।
5)
“Equivalent Phosphorus content” भी used होता है (complex empirical formula based on
alloying elements)।
6)
Expert metallurgical advice आवश्यक है for material selection, welding,
fabrication और heat treatment design।
4.2.3.7
Inspection and Monitoring (निरीक्षण)
a)
Reactor के अंदर original heat material के test blocks लगाए जाते हैं। इन्हें समय-समय पर निकालकर impact testing किया जाता है ताकि transition temperature monitor किया जा सके।
b)
Process conditions monitor किए जाते हैं ताकि सही pressurization sequence follow हो और brittle fracture avoid हो सके।
4.2.3.8
Related Mechanisms
Not applicable.
Key
Exam Points (Quick Revision)
- Temperature range: 650°F – 1070°F
- Property affected: Toughness (Charpy transition
shift)
- Critical elements: P, Sn, Sb, As + Mn, Si
- Most affected: 2.25Cr-1Mo steel + welds
- Failure type: Brittle fracture (startup/shutdown)
- Prevention: MPT + impurity control + J, X factors*
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