Failure cause assessment of steam reformer radiant tube after long‐term service

材料科学 微观结构 碳化物 蠕动 过热(电) 晶界 复合材料 扫描电子显微镜 冶金 物理 量子力学
作者
Anna N. Dobrotvorskaia,Mstislav A. Dobrotvorskii,Elena P. Shevyakova,Michail A. Simanov
出处
期刊:Materials and Corrosion-werkstoffe Und Korrosion [Wiley]
卷期号:73 (8): 1265-1273 被引量:1
标识
DOI:10.1002/maco.202213068
摘要

Abstract This study investigates the damage, microstructure, and mechanical evolution of service‐exposed HP40NbTi radiant tubes of a steam reformer furnace. Tube failure was reported after 6‐year of working at 525°C–830°C in the form of visible longitudinal and transverse cracks. The microstructure was evaluated using optical and scanning electron microscopy equipped with energy‐dispersive X‐ray spectrum analysis. The carbide phase transformation was determined by the method based on the matrix dissolution technique and X‐ray diffraction. The results of this study showed that the primary cause of the longitudinal crack formation is the local overheating and the oxidation of the dendritic grain boundaries. The M 7 C 3 carbide transforms completely into the metastable M 23 C 6 phase during high‐temperature service. Metallographic examinations revealed the shrinkage cavities and creep voids that are nucleated on both Cr‐ and Nb‐carbides. The continuous oxide layers of Cr 2 O 3 and SiO 2 formed near the inner and outer tube surfaces and the matrix's chemical composition near the outer tube surface was found to be depleted of Cr and C. Mechanical properties are irregular across the samples. A little margin of safety is noted, while the complete ductility dip is detected at room temperature. The root cause analysis of the failure under investigation showed that the tube failed due to the creep.
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