Anløpingssprøhet: Fellen ved 375–575 °C i Cr-Mo-stål

Fenomenet

Anløpingssprøhet er et tap av slagseighet som utvikler seg når visse legerte stål holdes i, eller kjøles langsomt gjennom, omtrent området 375–575 °C. Stålets strekkegenskaper og hardhet endres knapt — en del kan bestå enhver rutinetest og likevel være sprø ved romtemperatur, med overgangstemperaturen fra duktil til sprø forskjøvet kraftig oppover. Den er best kjent i kromstål og Cr-Mo-stål, inkludert familiene 2.25Cr-1Mo og Cr-Mo-V som brukes til trykkbeholdere, rotorer og tunge bolter.

Mekanismen: urenheter ved korngrensene

Sprøheten forårsakes ikke av de viktigste legeringselementene selv. Sporurenheter — først og fremst fosfor, tinn, antimon og arsen — segregerer til tidligere austenittkorngrenser mens stålet oppholder seg i det kritiske området, og svekker grensene slik at bruddet løper mellom kornene. Mangan og krom fremmer segregeringen; molybden i moderate mengder bremser den, noe som er én grunn til at Mo forekommer i så mange trykkbeholderkvaliteter.

To trekk følger av mekanismen:

• Den er reversibel. Ny oppvarming over området (og avkjøling rimelig raskt) løser segregeringen opp igjen og gjenoppretter seigheten — derav «reversibel anløpingssprøhet», til forskjell fra den enveis sprøheten til anløpt martensitt ved lavere temperaturer.
• Den er tidsavhengig. Korte passeringer gjennom området gjør lite skade; lange holdetider, langsom ovnskjøling av tunge tverrsnitt, og år i drift inne i området akkumulerer skade.

Hvordan spesifikasjoner bekjemper den

Fordi årsaken er kjemi, er forsvaret skrevet inn i innkjøpskravene:

• Urenhetsgrenser — raffinører styrer P, Sn, Sb og As til lave nivåer, og kjøpere av kritiske smistykker spesifiserer kombinerte sprøhetsparametere (de mye brukte J-faktor- og X-bar-formlene vekter disse elementene sammen) i innkjøpsordren.
• Anløpingspraksis — anløp over området der det er mulig og unngå langsom avkjøling gjennom det i tunge tverrsnitt; trinnkjølingstestsykluser brukes til å kvalifisere materiale for beholdere som skal leve i området.
• Aksept ved slagprøving — krav til Charpy-overgangstemperatur, noen ganger etter en simulert sprøhetssyklus, verifiserer den faktiske seigheten fremfor å anta den.

Praktisk lesning

Hvis en Cr-Mo-komponent har hatt lang drift ved 400–550 °C og må vurderes, sier hardhet alene ingenting om seigheten dens. Motsatt er et nytt smistykke som oppfyller stramme urenhetsgrenser og er anløpt korrekt, ikke «i fare» bare fordi anløpingstemperaturen ble valgt nær området — fenomenet trenger urenhetene, temperaturen og tiden sammen.

Hvordan den oppdages

Fordi hardhet og strekkfasthet forblir normale, finnes anløpingssprøhet ved Charpy-slagprøving — nærmere bestemt ved forskyvningen i overgangstemperaturen fra duktil til sprø sammenlignet med tilstanden uten sprøhet. Seighet målt ved én enkelt temperatur kan villede; overgangskurven er beviset. Der historikken til en komponent er mistenkelig, testes prøver trepanert fra delen eller forlengelser av det opprinnelige smistykket, noen ganger etter en ny oppvarming for å fjerne sprøheten for å bekrefte diagnosen: hvis seigheten kommer tilbake etter ny oppvarming og rask avkjøling, var anløpingssprøhet — fremfor permanent skade som kryp eller hydrogenangrep — årsaken.