LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest...

45
MCKnowHow lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West @ Bob’s Uitgeest Materials & Corrosion KnowHow Rob GOMMANS 1 LGW 2mrt2017 Faalmechanisme KRUIP Rob GOMMANS INHOUDSOPGAVE 1. introductie en schades 2. kruip inleiding 3. kruip mechanismen 4. kruip levensduur 5. kruip voorbeelden optioneel : 1. hogetemperatuur corrosie 2. SRC = Strain Relaxation Cracking

Transcript of LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest...

Page 1: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 1

LGW 2‐mrt‐2017

Faalmechanisme KRUIP

Rob  GOMMANS

INHOUDSOPGAVE

1. introductie en schades

2. kruip ‐ inleiding

3. kruip ‐ mechanismen

4. kruip ‐ levensduur

5. kruip ‐ voorbeelden

optioneel :

1. hoge‐temperatuur corrosie

2. SRC =  Strain Relaxation Cracking

Page 2: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

Materials & Corrosion

Know-How is een Besloten

Vennootschap geregistreerd

in Nederland.

Gommans Metallurgical

Services (GMS) is een han-

delsnaam van Materials &

Corrosion Know-How BV.

EEN NIEUWE NAAM, EEN VERTROUWD GEZICHT

ROB GOMMANS ZET ZIJN ACTIVITEITEN VOORT ONDER DE NAAM MATERIALS & CORROSION KNOW-HOW.

Materials & Corrosion Know-How is gespecialiseerd in de structurele integriteit van installaties en apparaten :• gedrag van materialen in hun omgeving (T,pH,%) en belasting (t,P,N) • definiëren en voorspellen van faal- en degradatie-mechanismen• corrosie-, materiaal- en lasproblemen alsmede schade-onderzoek• trouble shooting, reparatie-adviezen en probleemoplossingen• fitness for service en (rest)levensduurvraagstukken

Vestigingsadres : Eiland 15, 6107CA StevensweertCorrespondentie-adres : MTOC-gebouw, Kampstraat 86, 6163HG Geleen

T 046 419 7709 KVK 12056223M 06 5135 6198 BTW NL.8141.00.478.B01 [email protected] IBAN NL31 INGB 0007 1819 24www.mc-knowhow.nl BIC INGB NL2A

Kwalificaties: M.Sc. in Materials Science and Engineering from Delft Technical University since 1987Eur.Ing. (FEANI) since 2000Level 3 Inspection Specialist since 2003

Page 3: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

CURRICULUM VITAE Rob GOMMANS Rob Gommans (1961) studied materials science and engineering at the Delft Technical University and has a Master’s Degree since 1987. During this period practical work has been performed at Sandoz (now Novartis) in Switserland. His Master’s Thesis has been performed at the Joint Research Centre of the European Commission in Petten about the interaction between creep and high-temperature corrosion of Alloy 800H in a sulfidising, carburising and oxidising atmosphere. In 1987 Rob Gommans has started his career at DSM and worked for all (53) its production plants. He was involved in materials investigations, properties and behaviour of metals and alloys and failure investigations. In most cases these metals have been applied as pressure vessel components or (rotating) machine parts. However, Rob Gommans is specialized in high-temperature problems, brittle fracture and failure investigations and mainly worked for the ethylene, syngas and power generation plants. He has many contacts in the (petro-)chemical industry in Europe and actively participated in national and European projects. In 2000 Rob Gommans has started his own business as independent technical consultant in materials science : "Gommans Metallurgical Services" (GMS). He worked for the (petro-)chemical industry, EPC-contractors, power stations, pulp- and paper industry, boiler and vessel manufacturers, manufacturers of special high-temperature steels, steam- and gas turbine manufacturers, insurance companies and damage surveyors. E-mail : [email protected] Between 2005 and 2015 he owned MCC Materials & Corrosion Consultants, a company specialised in investigations, inspections, and consultancy on materials and corrosion. Mainly for pressure vessels and (rotating) machinery in the process industry. Complete inspections including scaffolding, insulation (removal and application) and NDT were managed in-house. "One-stop shopping" for materials and welding, corrosion, inspections, regular and specialised NDT (including rope access), mechanical testing, metallurgical laboratory. Since 2016 Rob is active under the name of Materials & Corrosion Know-How (MC-KnowHow). The activities have remained similar and more emphasis is given to defining and predicting failure and damage mechanisms. E-mail : [email protected] ; website : www.mc-knowhow.nl In 2008 SINTRA Engineers (Structural INTegrity and Reliability Analysis) has been initiated. As the name already indicates the integrity and safety of plants, equipment and damaged components is assessed using Fitness-For-Service techniques (API-579, BS-7910). Fracture mechanics and Finite-Element-Modeling calculations (Abaqus) are used. Website : www.sintra-engineers.nl In 2009 the MTOC (Dutch for Materials and Technological Research Centre) has been initiated. This building houses specialised companies in the area of materials, engineering, technology, simulations, advanced calculations and investigations. By joining these expertise’s in one building a higher level of synergy is achieved for the clients. MC-KnowHow and Sintra Engineers participate in the MTOC. Website : www.mtoc.info Rob Gommans is also active in various technical (materials) committees :

- Technical Committee for Pressure Vessels (TCD; Technische Commissie voor Drukapparatuur) member since 1997 - Working Group on Materials (WG/M) of the TCD

member since 1993 ; chairman since 1997 - European Collaborative Creep Committee :

- chairman of the Working Group on Austenitic Steels (1995-1999) - member of the Management Committee (1995-1999) - member of the Working Group on Austenitic Steels (1992-1995 and 1999-2006)

- Dutch Contact Group on Creep and High-Temperature Phenomena (from 1989 onward), part of the Dutch Materials Society. Secretary of the Contact Group since 2010.

- member of the Corrosion Advisory Board of the IIR (sinds 2011), that organizes conferences and courses in the area of corrosion and materials.

Rob Gommans has performed inspections, failure investigations, provided consultancy for many clients/companies, mainly in Europe, but also in Brazil, Argentina, United Arab Emirates, Saudi Arabia, Iran, Kuwait, Qatar, Syria, Libya, Egypt, Canada, USA, India, Bangladesh, Pakistan, Malaysia and Singapore. He organises training and courses on materials, corrosion, inspections and is also asked as guest speaker in this area. Rob Gommans has also acted as expert witness in arbitration and court cases.

Page 4: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

Company details Materials & Corrosion Know - How b.v. Statutory address Eiland 15 | 6107CA Stevensweert | The Netherlands Correspondence-address MTOC Building | Kampstraat 86 | 6163HG Geleen | The Netherlands Telephone Rob Gommans +31 46 410 7709 (office) +31 6 5135 6198 (mobile) Internet internet site www.mc-knowhow.nl e-mail address [email protected] Banking data ING Bank | P.O. Box 54 | 6190AB Amsterdam | The Netherlands IBAN NL31 INGB 0007 1819 24 BIC / SWIFT INGB NL2A Chamber of Commerce Chamber Roermond nr. 1205 6223 SBI-codes 7112 / 71202 / 71203 / 72192 VAT-number NL.8141.00.478.B01 Qualifications M.Sc. in Materials Science and Engineering (1987, Delft University)

Eur.Ing. recognised by FEANI (2000, certificate 00/001/GO) Level III Inspection Specialist (2003, Hogeschool Utrecht - NL)

Membership KIVI (Royal Dutch Institute of Engineers) - member number 4423

FEANI (European Federation of National Engineering Associations) Bond voor Materialenkennis (Dutch Materials Society) NACE (National Association of Corrosion Engineers, member nr. 315736)

Gommans Metallurgical Services is a trade name of M.C. Know-How bv

Page 5: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 1

is een ingenieursbureau :

• gespecialiseerd in het gedrag van metalenin hun omgeving (T, medium, %, pH, etc.) enbelastingsomstandigheden (P, tR, Nf).

• schakel tussen theorie en praktijk.• onderzoeken van complexe schadegevallen• het geven van materiaal-, las- en reparatie-adviezen• opstellen inspectieplannen en -termijnen• uitvoeren van “risk-based” inspecties

• langdurige industriële kennis en ervaring in dit vakgebied

brosse breuk

tijdens afpersen

(omgevingstemperatuur

te laag)

Page 6: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 2

C-Mn staal / PWHT 560°C / martensiet / tegenlas

CORROSIEonderISOLATIE

• LPG opslagbol• fire‐proofing• fire drills

Page 7: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 3

CORROSIEonderISOLATIE

• ½Mo‐stalen regeneratieleiding• molzeven NH3‐fabriek)• alternerende bedrijfsvoering• (T =  ambient – 350°C)• P =  70 bar  waterstof  (H2)• personal protection  isolatie

Page 8: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 1

is een ingenieursbureau :

• gespecialiseerd in het gedrag van metalenin hun omgeving (T, medium, %, pH, etc.) enbelastingsomstandigheden (P, tR, Nf).

• schakel tussen theorie en praktijk.• onderzoeken van complexe schadegevallen• het geven van materiaal-, las- en reparatie-adviezen• opstellen inspectieplannen en -termijnen• uitvoeren van “risk-based” inspecties

• langdurige industriële kennis en ervaring in dit vakgebied

brosse breuk

tijdens afpersen

(omgevingstemperatuur

te laag)

Page 9: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 2

brosse breuk

tijdens afpersen

(omgevingstemperatuur

te laag)

C-Mn staal / PWHT 560°C / martensiet / tegenlas

Page 10: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 3

CORROSIEonderISOLATIE

• LPG opslagbol• fire‐proofing• fire drills

CORROSIEonderISOLATIE

• ½Mo‐stalen regeneratieleiding• molzeven NH3‐fabriek)• alternerende bedrijfsvoering• (T =  ambient – 350°C)• P =  70 bar  waterstof  (H2)• personal protection  isolatie

Page 11: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 4

HP‐scru

bberfailu

reurea

plan

t , Curitib

a (Bra)

corro

sionmeets

weld

defect + 

failingleak

detectio

nsystem

overheating

due to operator error

root cause :

management decision

other examples :‐ row 2 of AFA2 gas turbine (choking)

‐ Agrium primary reformer 1998

Page 12: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 5

8 nov 2012

explosieCentraleNijmegen

HoofdstoomLeidingØ600 x 35 mm

180 bar - 540°CX20CrMoV12.1

8 nov 2012

explosieCentraleNijmegen

HoofdstoomLeidingØ600 x 35 mm

180 bar - 540°CX20CrMoV12.1

Page 13: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 6

multiple  factors  required  for  catastrophes

such as : ‐material defect, weld defect‐ design mistake‐ operating mistake‐management decision‐ corrosion, mechanical failure‐ etc.

facilitated by : ‐ lack of knowledge, training ‐ lack of exchanging information of failures‐ retirement of experienced engineers and experts

INHOUDSOPGAVE

1. introductie en schades

2. kruip ‐ inleiding

3. kruip ‐ mechanismen

4. kruip ‐ levensduur

5. kruip ‐ voorbeelden

Page 14: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 7

wat is “KRUIP”?

tijd-afhankelijke plastische vervormingonder invloed van belasting (constant of wisselend)onder invloed van hoge temperatuur (T > 0,4 Tm in K)

bij σ < Re (T)

- staal : > 400 °C- aluminium : > 100 °C- lood : > -50 °C- ijs : > -150 °C- kunststoffen : > 0 °C

gevolg: vervormingen scheuren(locaties met hoogste spanning het eerst)

RestLevensduur problematiekbij hoge-temperatuur installaties

- hoge-druk stoomsystemen (>50 bar)stoomketels, OVO’s, turbines, leidingwerk

- gasturbines (stationair en vliegend)- stralings- en convectiesecties van fornuizen- ?

staaf onder belasting wordt langerbuis onder inwendige druk zwelt op

Page 15: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 8

thin-lipfish-mouthrupture

(short-term overheating)

thick-lipcreep rupture

(long-term creep)

Page 16: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 9

veel toegepaste materialen

staalsoort grenstemperatuur [°C]

type voorbeelden voor kruip voor kruip-vermoeiing

C-staalC-Mn staal

St.35.8, St. 45.8P265GH, P355GH

400 350

laaggelegeerd Cr-Mo staal

laaggelegeerd Cr-Mo-V staalhooggelegeerd Cr-Mo staal

martensitisch Cr-Mo staal

16Mo3, 16Mo5, Grade 113CrMo4-5, Grade 11/1210CrMo9-10, Grade 2214MoV6-3, 1CMVX11CrMo5; Grade 5X11CrMo9-1; Grade 9X20CrMoV11-1, Grade91

475 425

austenitisch RVS

Alloy 800 H/HT

TP 304, TP316TP321, TP347TP310X10NiCrAlTi32.20

575 525

primary secondary tertiary

Elastic deformation

Time

Few voids Orientation Micro-cracks

t

Yield strain

Page 17: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 10

Scheuren betekenen het eindstadium van de levensduur. Vooraf hieraan onderkennen we gedurendede bedrijfstijd diverse degradatiestadia die aangegeven

worden in kruipklassen 0 t/m 5

Achtereenvolgens ontstaat:

• Structuurverval en carbidevorming (klasse 1)• Ontstaan van niet-georiënteerde kruipholten (klasse 2)• Ontstaan van georiënteerde kruipholten (klasse 3)• Microscheuren (klasse 4)• Macroscheuren (klasse 5)

..

.

STAGE 2

... .... ... .. ... ... .. .. . . .. ... .. ..

.....

..

. ..

. . .. ... . ...

.. .. ..

.... .. . ..

..

.. ....

...

.. ..

.

... .

.

.. .. ..

.. . .. . ..

.....

..

. ..

. . .. ... . ...

.. .. ..

.... . . ..

.

.. ....

...

..

...

.. .

.

.. .. ..

. ... .

1mm

1mm

..

. .

............. ..

.................... ......

....................... ..... .....

........................ .... ... ....

...

...

......

...

... ......

.........

............

... ...

...... ...

... ...... .........

...

...

...... ...

............

......

............... ......

... ..... ...

......

......... ...

. ....

...

. .... .... .... .... .... .... .... ...

............ ........

........ ....

.......

....

....

. .... ...

. .... .... ...

. .... ...

. ...

. .... ...

. ... . .... ... . ...

. ... . ...

. ...

. .... .... ...

. .... ...

. .... ...

. ...

..

Klasse 0 Klasse 1 Klasse 2

Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5

Neubauer (TüV 1983), VGB TW-507, NordTest TR 170

Page 18: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 11

structuurverval en carbidevorming(klasse 1)

• structuurdegradatie door globularisering van perliet,bainiet of martensiet (in ferritische stalen)

• verdere “rijping en faseverandering” door vormingcarbides in de korrels en op de korrelgrenzen, metlagere hardheid en kruipsterkte als gevolg

• gaat door als f (t,T)

geïsoleerde kruipholten (klasse 2)

• secundair kruipstadium

• holten (voids) worden gevormd op de korrelgrenzen,bij voorkeur op tripelpunten, tgv. afschuiving van dekorrels.

• onderscheid tussen klasse 2A en 2B is de hoeveelheid gevormde (geïsoleerde) holten.

Page 19: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 12

georiënteerde kruipholten (klasse 3)

• Holten gaan zich oriënteren op de korrelgrenzen

• Oriëntatie zichtbaar loodrecht op de spanningsrichting

• Onderscheid tussen klasse 3A en 3B is de

hoeveelheid gevormde holten (3B: parelsnoer)

klasse 3

Page 20: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 13

micro-scheuren (klasse 4)

• Holten groeien en groeien aaneen, waardoor de

tussenliggende “damwanden” verdwijnen, en

de eerste microscheurtjes worden gevormd.

• scheurtjes verminderen de dragende doorsnede,

waardoor spanning en vervormingssnelheid

toenemen.

klasse 4A

Page 21: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 14

klasse 4B

macroscheuren (klasse 5)

• Tertiaire kruipstadium

• Microscheurtjes groeien, groeien aaneen

en vormen macroscheuren,

die met DPI of MPI, vaak met blote oog zichtbaar zijn.

Page 22: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 15

klasse 5

Werkproces RestLevensduur

houdt zich bezig met de beheersing van de faalmechanismen

kruip en kruip-vermoeiing (LCF)

TEAM

(senior) proces technoloog

(senior) mechanical engineer

inspectie deskundige (IKT-3)

hoge-temperatuur materiaaldeskundige

vertegenwoordiger AKI

Page 23: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 16

werkproces

beheersing

faalmechanismen

“kruip en LCF”

RToD T0102

PRD 2.3 bijlage 7

uitvoering onderzoek

ontoelaatbare kruipschade :uitbreiding onderzoek,reparatie of vervanging

evaluatie resultaten

berekening spanningenen verbruiksfractie (u)

na 100.000 uur : inventarisatie(P, T, N) en dimensies

ontwerp 100.000 uur

selectie kritische componenten

opstellen eerste / vervolgaanvullend onderzoek

INHOUDSOPGAVE

1. introductie en schades

2. kruip ‐ inleiding

3. kruip ‐ mechanismen

4. kruip ‐ levensduur

5. kruip ‐ voorbeelden

Page 24: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 17

KRUIP =  tijd‐afhankelijke plastische vervorming

onder invloed van belasting, temperatuur en tijd

warmsterkte P355GH

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 100 200 300 400 500

temperatuur [°C]

ste

rkte

[M

Pa]

Re [MPa]

R1%100k [MPa]

Rmg200k [MPa]

Kruipproef

Page 25: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 18

KRUIPCURVE

infuence of temperature or stress

primaire kruip

afnemende kruipsnelheid door versteviging door vorming van meerdislocaties

Page 26: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 19

secundaire kruip

Gelijkblijvende kruipsnelheid omdat evenveel dislocaties gevormd worden alsdat opgeheven worden

SECONDAIRE KRUIP

Page 27: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 20

DISLOCATIE-KRUIP

dislocatie-beweging door glijden (in één glijvlak)

dislocatie-beweging door glijden en klimmen

m = 0 en n 3

DIFFUSIE-KRUIP

m = 2 (volume)

m = 3 (korrelgrens)

en n = 1

Page 28: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 21

Deformation mechanism maps (1)

Deformation mechanism maps (2)

Page 29: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 22

extrapolatie probleem

1 E-08

1 E-07

1 E-06

1 E-05

1 E-04

1 E-03

1 10 100

stra

in r

ate

[1/h

]

stress [MPa]

Alloy 800 H/HT @ 800°C

diffusion creep

dislocation creep

combined creep

Alloy 800H bottom manifold

DMY T = 800°C P = 30 bar

stabiliteit micro-structuur

STABIEL

NIET-STABIEL

Omega methode

Page 30: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 23

tertiaire kruip

vermindering van dragend oppervlak door vorming van holten en

scheuren

Kruipstadia / kruipklassen

Neubauer (1983)

Page 31: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 24

KLASSE 3

vergroting

200x

KLASSE 5

vergroting

50x

Page 32: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 25

KLASSE 4B

vergroting

100x

KLASSE 1 (zware degradatie)

vergroting

500x

Page 33: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 26

INHOUDSOPGAVE

1. introductie en schades

2. kruip ‐ inleiding

3. kruip ‐ mechanismen

4. kruip ‐ levensduur

5. kruip ‐ voorbeelden

kruipproef

Page 34: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 27

13 CrMo 4-5 bij T = 500°C

parametrischebenadering

PLM = T * (C + log tR)

C = 15-25 / T in K / tR in hours

Larson - Miller

Page 35: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 28

Manson - Haferd

log tR - CPMH = ----------------

( T – To) n

T in K / tR in hours / n ~ 1 /C = 10-15 / To ~ bedrijfstemperatuur

extrapolatie onbetrouwbaar ?

P91 @ 600°C105h avg rupture

USA : 100 MPa1995 : 94 MPa2009 : 90 MPa

Page 36: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 29

invloed legeringselementen

modified 9Cr-steel (P91)

element content influence

CNV

Nb

0.08 – 0.120.03 – 0.070.18 – 0.250.06 – 0.10

formation of carbides and carbo-nitridesformation of carbo-nitrides

VC (VNb)C (VNb)(CN)NbC (NbV)C (NbV)(CN)

Cr 8.0 – 9.5 oxidation resistance; Cr23C6 formation

Mo 0.85 – 1.05 solid solution hardening; stabilisation of Cr23C6 ; formation of Mo2C and Laves

Ni < 0.40 limitation of delta-ferrite formation

Mn 0.3 – 0.6 residual

Si 0.2 – 0.4 residual

Al < 0.040 desoxidation

P < 0.020 impurity

S < 0.010 impurity

Page 37: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 30

P 91

influence of creep strengthon wall thickness

Page 38: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 31

calculation of used-life fraction

dimensions

load

stress

component formulae

hoop stress formula

bend : torus factor

T-piece : z - factor

material information

(minimum) design curves or parametric formulae

used - life fraction

u = Σij tij / tRij

rupture time

operating history

P(t) and T(t)

operating time

sensitivity of used-life fraction

- temperature :

- pressure :

- wall thickness

- hours

- u doubles every 15-20 °C

- u + 2% for every bar

- (variable)

- linear

( for ferritic steels in HP-steam systems )

Page 39: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 32

INHOUDSOPGAVE

1. introductie en schades

2. kruip ‐ inleiding

3. kruip ‐ mechanismen

4. kruip ‐ levensduur

5. kruip ‐ voorbeelden

calculation of used-life fraction

dimensions

load

stress

component formulae

hoop stress formula

bend : torus factor

T-piece : z - factor

material information

(minimum) design curves or parametric formulae

used - life fraction

u = Σij tij / tRij

rupture time

operating history

P(t) and T(t)

operating time

Page 40: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 33

kruip - cases

- korte-duur oververhitting

- lange-duur oververhitting

- kruip-vermoeiing interactie

case : korte-duur oververhitting

KVW-coil in convectie-sectie van oven

- normaal niet in kruipgebied (300°C)

- oververhitting bij opstart (>534°C)

- medium = ketelvoedingswater (126 bar)

- materiaal = staal 15Mo3

Page 41: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 34

0

100

200

300

400

500

600

16:48 18:00 19:12 20:24 21:36 22:48 0:00 1:12 2:24 3:36 4:48

tem

per

atu

ur

[°C

]

bedrijfsgegevens

flow

druk

KVW

rookgas

534°C ?

calculation of used-life fraction

Pijpø114,3 x 8,8 mm

P= 126 bar (max)

stress

component formulae

hoop stress formula

σ = P · (OD-d) / 2d

material information

parametric ISO TR-7468

minimum : σ = 1,25

used - life fraction

u = Σij tij / tRij

rupture time

operating history

P(t), T(t) figuur

tijd = 8 uur

Page 42: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 35

RESULTAAT : oververhitting niet relevant

materiaal in-bedrijfname 1982 bedrijfsurencomponent = LEIDING P1 = 15Mo3 uren per jaar 0

P11 = 13CrMo44 bereken-datum 1 0 0P22 = 10CrMo910 bereken-datum 2 0 0

onderdeel Du d d-min P S S*1,25 T materiaal tR-min bedrijftijd u-max[mm] [mm] [mm] [bar] [Mpa] [Mpa] [oC] [uren] [uren] [-]

P=constantslangen 101,6 7,0 7,0 126 85,1 106,4 570 P1 337 8 0,0237uitlaatkast 101,6 7,0 7,0 126 85,1 106,4 570 P1 337 8 0,0237leiding WV-424 114,3 8,8 8,8 126 75,5 94,4 570 P1 522 8 0,0153

P = uurgemiddeldeslangen 101,6 7,0 7,0 73,2 49,5 61,8 570 P1 1.467 1 0,0007 19-20uslangen 101,6 7,0 7,0 76,7 51,8 64,8 570 P1 1.233 1 0,0008 20-21uslangen 101,6 7,0 7,0 86,9 58,7 73,4 570 P1 778 1 0,0013 21-22uslangen 101,6 7,0 7,0 101,2 68,4 85,5 570 P1 445 1 0,0022 22-23uslangen 101,6 7,0 7,0 108,0 73,0 91,2 570 P1 351 1 0,0028 23-24uslangen 101,6 7,0 7,0 108,5 73,3 91,6 570 P1 345 1 0,0029 24-01uslangen 101,6 7,0 7,0 98,2 66,4 82,9 570 P1 497 1 0,0020 01-02uslangen 101,6 7,0 7,0 118,4 80,0 100,0 570 P1 249 1 0,0040 02-03u

u-totaal 8 0,0168

uurgemiddelde per uur in de genoemde tijdperiode

< 3%

Σ

alleen kruip beoordeeld / andere faalmechanismen ?

OVO-coil in convectie-sectie van oven

- normaal in kruipgebied (515°C)

- set-point 20°C overtreden (binnen vergunning)

- medium = hoge-druk stoom (P = 126 bar)

- materiaal = staal 10 CrMo 9.10

case : lange-duur oververhitting

Page 43: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 36

calculation of used-life fractionpijp

ø114,3 x 10 mm

ø273,1 x 14 mm

P= 126 bar (max)

stress

component formulae

hoop stress formula

σ = P · (OD-d) / 2d

material information

parametric ISO TR-7468

minimum : σ = 1,25

used - life fraction

u = Σij tij / tRij

rupture time

operating history

P(-), T(+20°C)

tijd = 12 jaar

lange-duur oververhittingmateriaal in-bedrijfname 1980 bedrijfsuren

component = LEIDING P1 = 15Mo3 uren per jaar 8500P11 = 13CrMo44 bereken-datum 1 1995 127,500P22 = 10CrMo910 bereken-datum 2 2007 229,500

onderdeel Du d d-min P S S*1,25 T materiaal tR-min u-max u-maxof DN [mm] [mm] [mm] [bar] [MPa] [MPa] [oC] [uren] 1995 2007

[-] [-]

OVO-1slangen 114.3 10.0 9.0 126 73.7 92.1 515 P22 384,000 0.3320 0.5977uitlaatkast 273.1 28.0 24.5 126 63.9 79.9 515 P22 792,000 0.1610 0.2898

materiaal in-bedrijfname 1995component = LEIDING P1 = 15Mo3 uren per jaar 8500

P11 = 13CrMo44 bereken-datum 1 2007P22 = 10CrMo910 bereken-datum 2 2007

onderdeel Du d d-min P S S*1,25 T materiaal tR-min u-maxof DN [mm] [mm] [mm] [bar] [MPa] [MPa] [oC] [uren] 2007

[-]

OVO-1 + 20°Cslangen 114.3 10.0 10.0 126 65.7 82.1 535 P22 110,000 0.9273uitlaatkast 273.1 28.0 28.0 126 55.1 68.9 535 P22 241,000 0.4232

Σ u2007

1.25930.5842

Page 44: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 37

lange-duur oververhitting :

vaak : op termijn

korte-duur oververhitting :- vaak geen probleem- maar (laten) controleren

ONTHOUDEN : iedere +15°C halvering levensduurdus : bij 45°C factor 2*2*2 = 8 korter

creep damage

fati

gue

dam

age

kruipvermoeiing

-interactie

u = Σ t / tR

u = Σ N / Nf

Page 45: LGW lezing KRUIP 2mrt2017 - Lasgroep West · MC‐KnowHow ‐lezing LGW 2 maart 2017 Las GroepWest @ Bob’s ‐Uitgeest Materials & Corrosion Know‐How Rob GOMMANS 6 multiple factors

MC‐KnowHow  ‐ lezing LGW 2 maart 2017 Las Groep West@ Bob’s ‐ Uitgeest

Materials & Corrosion  Know‐HowRob  GOMMANS 1

BEDANKTVOOR UW AANDACHT  !

Rob  GOMMANS 

your Materials & Corrosion Consultant

Materials & Corrosion Know‐How

Kampstraat 86  ‐ 6163 HG  Geleen

rob.gommans@mc‐knowhow.nl