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API 571

API 571 4.2.7 La Fractura Frágil. 4.2.7.1 Descripción de Daño la fractura Frágil

Es la fractura repentina rápida bajo la tensión (residual o aplicada) donde el material expone pocas o ninguna capacidad de ductilidad o la deformación plástica. 4.2.7.2 Los Materiales Afectados

 Aceros al carbono carbono y aceros de baja aleación, son son de principal preocupación, preocupación, en particular los más viejos aceros. Serie 400 SS son también susceptible. 4.2.7.3 Factores Críticos.

a) Cuando la combinación crítica de tres factores es alcanzada, alcanzada, la fractura frágil puede ocurrir: i. La dureza de fractura de de los materiales materiales (resistencia (resistencia para rajarse como defectos) como medido en un impacto de Charpy prueba; ii. El tamaño, forma forma y efecto de de concentración concentración de tensión tensión de un defecto; iii. La cantidad cantidad de tensiones residuales y aplicadas aplicadas en el defecto. defecto. b) La sensibilidad sensibilidad a la fractura frágil frágil puede ser aumentada aumentada en la presencia presencia de fases con tendencia a la fragilidad. c) La limpieza de acero y el tamaño de grano tienen una influencia significativa significat iva sobre la dureza y la resistencia a la fractura frágil. d) Secciones más más gruesas(espesas) gruesas(espesas) materiales materiales también tienen una resistencia inferior a la fractura frágil debido a la coacción más alta que aumenta acentos de triaxial en la punta(el consejo) de la grieta. e) En la mayoría de los los casos, la fractura frágil ocurre sólo en temperaturas temperaturas por debajo del impacto de Charpy. 4.2.7.4 Las unidades o equipos afectados.

a) Equipo fabricado para la ASME de Calderas y recipientes a presión, Sección VIII, División 1, antes del Apéndice de diciembre de 1987, fueron hechas con restricciones limitadas contra la dureza de muesca para navíos que funcionan en temperaturas frías. Sin embargo, esto no significa que todos los recipientes fabricados antes de esta fecha estarán sujetos a la rotura frágil. f rágil. Muchos diseñadores especificaro especificaron n pruebas de impacto suplementales en el equipo que tenía la intención de estar en servicio en frío. b) El equipo para el mismo código, código, después de esta esta fecha estaba sujeto sujeto a los requisitos de la UCS 66 (curvas de exención de impacto). c) La mayor parte parte de procesos procesos controlados controlados en la temperatura elevada el interés principal son para la fractura frágil durante el arranque, la parada, o pruebas hidrostática de estanqueidad. estanqueidad. En los equipos de gran espesor de pared sobre cualquier unidad debería ser considerado. considerado. d) La fractura frágil frágil también puede ocurrir ocurrir durante un acontecimiento acontecimiento de auto auto refrigeración en unidades que procesan hidrocarburos ligeros como el metano, etano /el etileno, el propano /propyleno, /propyleno, o el butano. Esto incluye unidades de alquilación, alquilación, unidades de olefina y plantas de polímero (el polietileno y el polypropileno). Las balas de almacenaje / esferas para hidrocarburos hidrocarburos ligeros también pueden ser susceptibles.

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e) La fractura frágil frágil puede ocurrir durante durante la prueba prueba hidrostática hidrostática a temperatura temperatura ambiente debido a altos esfuerzos y a la baja tenacidad a la temperatura de prueba. 4.2.7.5 Apariencia o Morfología de los daños

a) Las grietas suelen suelen ser rectas, no ramificados, ramificados, y en gran gran parte desprovista desprovista de cualquier deformación plástica asociada (sin labio cortante o curva localizada alrededor de la grieta) (Figura 4-6 a Figura 4-7). b) Microscópicamente, Microscópicamente, la superficie superficie de fractura fractura estará compuesta en gran parte por fisuras, con grieta en el limite Ínter granular y muy pequeñas coalescencias coalescencias en microrechupes. 4.2.7.6 Prevención y Mitigación

a) Para los nuevos nuevos equipos, la rotura rotura frágil es mejor mejor prevenirse mediante mediante la utilización de materiales diseñados específicamente para baja temperaturas de operación, incluyendo incluyendo forja y eventos de auto refrigeración. Materiales con composición de sustancias químicas controladas, un tratamiento térmico especial de verificación y prueba de impacto que sean necesarios. Se refieren a 66 en UCS Sección VIII del Código ASME BPV. b) Rotura frágil es un un "evento" impulsado impulsado por los daños daños mecanismo. mecanismo. Para los materiales existentes, con la combinación de estrés, la dureza material y el tamaño de defecto gobierna la probabilidad de este evento, un estudio de la ingeniería puede ser realizada conforme a API RP 579, la Sección 3, el Nivel 1 o 2. c) Medidas preventivas preventivas para reducir al mínimo el potencial potencial para para la fractura frágil en el equipo existente son limitadas con el control de las condiciones condiciones de funcionamiento funcionamiento (la presión, la temperatura), la reducción al mínimo de la presión en temperaturas ambientes durante el arranque y la parada, y la inspección periódica en los lugares que se encuentran más solicitados. d) Cierta reducción reducción en la probabilidad probabilidad de una rotura frágil podrá lograrse lograrse mediante: i. Realización de un tratamiento térmico térmico pos soldadura (PWHT) sobre el recipiente, si no fue originalmente realizado durante la fabricación, o si el recipiente ha sido reparado soldado / modificados en el servicio sin la PWHT posterior. ii. Realizar un "recalentado" "recalentado" de alivio alivio de tensiones tensiones seguida por una una prueba hidrostática a una menor temperatura para ampliar la Temperatura Mínima Segura de Operación (MSOT) en la envoltura. 4.2.7.7 Inspección y Monitoreo

a) La inspección inspección no se utiliza normalmente normalmente para mitigar la rotura frágil. b) Los cascos susceptibles susceptibles deben ser ser inspeccionados inspeccionados para preexistentes preexistentes fallas o defectos. 4.2.7.8 Mecanismos relacionados

Fragilización Fragilización en el temple (véase 4.2.3), fragilización por envejecimiento por alargamiento (véase 4.2.4), 885ºF (475ºC) fragilización (véase 4.2.5), hidrogenado de titanio (véase 5.1.3.2) y sigma fragilización (véase 4.2.6).

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e) La fractura frágil frágil puede ocurrir durante durante la prueba prueba hidrostática hidrostática a temperatura temperatura ambiente debido a altos esfuerzos y a la baja tenacidad a la temperatura de prueba. 4.2.7.5 Apariencia o Morfología de los daños

a) Las grietas suelen suelen ser rectas, no ramificados, ramificados, y en gran gran parte desprovista desprovista de cualquier deformación plástica asociada (sin labio cortante o curva localizada alrededor de la grieta) (Figura 4-6 a Figura 4-7). b) Microscópicamente, Microscópicamente, la superficie superficie de fractura fractura estará compuesta en gran parte por fisuras, con grieta en el limite Ínter granular y muy pequeñas coalescencias coalescencias en microrechupes. 4.2.7.6 Prevención y Mitigación

a) Para los nuevos nuevos equipos, la rotura rotura frágil es mejor mejor prevenirse mediante mediante la utilización de materiales diseñados específicamente para baja temperaturas de operación, incluyendo incluyendo forja y eventos de auto refrigeración. Materiales con composición de sustancias químicas controladas, un tratamiento térmico especial de verificación y prueba de impacto que sean necesarios. Se refieren a 66 en UCS Sección VIII del Código ASME BPV. b) Rotura frágil es un un "evento" impulsado impulsado por los daños daños mecanismo. mecanismo. Para los materiales existentes, con la combinación de estrés, la dureza material y el tamaño de defecto gobierna la probabilidad de este evento, un estudio de la ingeniería puede ser realizada conforme a API RP 579, la Sección 3, el Nivel 1 o 2. c) Medidas preventivas preventivas para reducir al mínimo el potencial potencial para para la fractura frágil en el equipo existente son limitadas con el control de las condiciones condiciones de funcionamiento funcionamiento (la presión, la temperatura), la reducción al mínimo de la presión en temperaturas ambientes durante el arranque y la parada, y la inspección periódica en los lugares que se encuentran más solicitados. d) Cierta reducción reducción en la probabilidad probabilidad de una rotura frágil podrá lograrse lograrse mediante: i. Realización de un tratamiento térmico térmico pos soldadura (PWHT) sobre el recipiente, si no fue originalmente realizado durante la fabricación, o si el recipiente ha sido reparado soldado / modificados en el servicio sin la PWHT posterior. ii. Realizar un "recalentado" "recalentado" de alivio alivio de tensiones tensiones seguida por una una prueba hidrostática a una menor temperatura para ampliar la Temperatura Mínima Segura de Operación (MSOT) en la envoltura. 4.2.7.7 Inspección y Monitoreo

a) La inspección inspección no se utiliza normalmente normalmente para mitigar la rotura frágil. b) Los cascos susceptibles susceptibles deben ser ser inspeccionados inspeccionados para preexistentes preexistentes fallas o defectos. 4.2.7.8 Mecanismos relacionados

Fragilización Fragilización en el temple (véase 4.2.3), fragilización por envejecimiento por alargamiento (véase 4.2.4), 885ºF (475ºC) fragilización (véase 4.2.5), hidrogenado de titanio (véase 5.1.3.2) y sigma fragilización (véase 4.2.6).

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Figura 4-6 Tubería de acero de carbón de 20 pulgadas que falló durante la prueba

hidráulica a lo ancho del Diámetro Exterior O.D.

Figura 4-7 Fotografía de Primer plano plano mostrando el ancho y el origen de fractura en en

uno de los laterales.

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Figura 4-8 Es el ejemplo Clásico de la fractura frágil que ocurrió durante una prueba

hidrostática. 4.2.16 Fatiga Mecánica 4.2.16.1 Descripción del Daño

a) El agrietamiento de fatiga es una forma mecánica de la degradación que ocurre cuando un componente es expuesto a tensiones cíclicas durante un período amplio, a menudo causando un resultado súbito, inesperado. b) Estas tensiones pueden surgir de las cargas, ya sea mecánicas o de ciclos térmicos y son generalmente muy por debajo del límite elástico del material. 4.2.16.2 Los materiales afectados

Todas las aleaciones de ingeniería están sometidos a la fatiga de grietas, aunque los niveles de estrés y el número de ciclos necesarias para provocar la falla varían según el material. 4.2.16.3 Factores Críticos

Geometría, nivel de estrés, el número de ciclos, y las propiedades de los materiales (resistencia, dureza, micro estructura) son los factores predominantes en la determinación de la resistencia a la fatiga de un componente. a)

Diseño: las

grietas por fatiga por lo general inician en la superficie, en muescas o cultivadores de tensión en carga cíclica. Por esta razón, en el diseño de un componente, el factor más importante es la determinación de un componente resistente a tensiones que provocan agrietamiento. Varios tipos de superficie pueden llevar a la iniciación de una grieta a la fatiga cuando ellos pueden actuar como concentraciones de tensión. Algunos de estos tipos más comunes son: 4/35

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i. ii. iii. iv. v. vi. vii. viii. ix.

Muescas mecánicas (esquinas agudas o arboledas); Agujeros claves en árboles motores de equipo rotativo; Unión de soldadura, defectos y/o desajustes; Zonas de boquilla de amortiguación; Marcas de herramientas; Marcas de molas; En bordes de agujeros taladrados; En las muescas de raíz de filete; Corrosión;

b) Cuestiones Metalúrgicas y Microestructura i. Para algunos materiales como el titanio, el acero al carbono y acero de baja aleación, el número de ciclos para causar la fractura se disminuye con la amplitud de tensión hasta un límite de resistencia alcanzado. Debajo de esto límite de resistencia de tensión, el agrietamiento por fatiga no ocurrirá, sin tener en cuenta el número de ciclos. ii. Para aleaciones con límites de resistencia, hay una correlación entre la Resistencia a la Tensión Última (UTS) y la amplitud de tensión mínima necesaria para iniciar agrietamiento de fatiga. La proporción de resistencia límite sobre UTS está típicamente entre 0.4 y 0.5. Materiales como aceros inoxidables austeníticos y el aluminio que no tienen un límite de resistencia hará definir un límite de fatiga por el número de ciclos en una amplitud de tensión dada. iii. Las inclusiones encontradas en el metal pueden tener un efecto acelerador en el agrietamiento de fatiga. Esto tiene la importancia tratando con aceros más viejos, "sucios" o soldados, cuando éstos a menudo tienen inclusiones y las discontinuidades pueden degradar la resistencia de fatiga. iv. Tratamiento térmico puede tener un efecto significativo en la dureza y de ahí la resistencia a la fatiga de un metal. En general, las micro estructuras de grano más finos tienden a funcionar mejor que los de granos grueso. El tratamiento térmico como el temple o el revenido, puede mejorar la resistencia a la fatiga en acero al carbono y acero de baja aleación. c) Acero al carbono y titanio: Estos materiales presentan un límite de resistencia debajo del cual, las grietas por fatiga no ocurren, independientemente del número de ciclos. d) Series 300 SS, Series 400 SS, aluminio, y la mayor parte de otras aleaciones no ferrosas: i. Estas aleaciones tienen una característica de fatiga que no expone un límite de resistencia. Esto quiere decir que la fractura de fatiga puede ser alcanzada en la carga cíclica en el tiempo, independientemente de la amplitud de tensión. ii. La amplitud de tensión cíclica máxima es determinada relacionando la tensión necesaria para causar la fractura al número deseado de ciclos necesarios en la vida de un componente. Esto es típicamente 106 a 107 ciclos.

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API 571 4.2.16.4 Equipos y unidades afectadas

a) Ciclos Térmicos i. Equipos de ciclos diarios de operación tales como los Cámara de Coque. ii. Equipo auxiliar que puede ser continuo o en modo de espera, pero ve el servicio intermitente tal como caldera auxiliar. iii. Conexiones de boquillas de enfriamiento que ven deltas significativos de temperaturas durantes operaciones como sistemas de lavado con agua. b) Carga Mecánica i. El giro de ejes en bombas centrífugas y compresores que tienen concentraciones de tensión debido a cambios de radios y forma de cuña. ii. Componentes tales como tuberías de pequeño diámetro que puede sentir las vibraciones de los equipos adyacentes y / o viento. Para los pequeños componentes, la resonancia también puede producir un ciclo de carga y debe ser tenido en consideración durante el diseño y revisados para posibles problemas después de la instalación. iii. Válvulas de control de gotas de alta presión o las estaciones de reducción de vapor pueden causar problemas de vibración serios en las tuberías relacionadas. 4.2.16.5 Aspecto o Morfología de Daño

a) La estructura de una marca de una fractura por fatiga es una "concha de almeja" tipo huellas que tiene anillos concéntricos denominados "marcas de playa" que emanan de la grieta del sitio de inicio (Figura 4-29 y Figura 4-30). Esta estructura patrón, es él resultados de las "ondas" de propagación de las grietas que se producen durante cada ciclo de carga por encima del umbral. Estas grietas concéntricas se propagan y continúan hasta que la sección transversal se reduce al punto de que la falla se produce debido a la sobrecarga. b) La nucleación de grietas de una concentración de tensiones superficiales o defecto resultara en una sola huella típica “concha de almeja”. (Figura 4-31, Figura 4-32 y Figura 4-33) c) Las grietas que resultan de la sobrecarga cíclica de un componente, sin la concentración de tensiones significativa, causarán generalmente una fractura por fatiga con puntos múltiples de nucleación y por lo tanto múltiples huellas “concha de almeja”. Estos sitios de nucleación múltiples son el resultado de microscópicas flexiones que ocurren cuando el componente de ciclo está momentáneamente por encima de su límite elástico. 4.2.16.6 Prevención y Mitigación

a) La mejor defensa contra la fractura frágil es un buen diseño que ayuda a minimizar la concentración de tensiones en componentes que son cíclicos en servicio. b) Seleccione un metal con una vida de fatiga de diseño suficiente para resistir un servicio cíclico. c) Dejar generosos radios a lo largo de los bordes y esquinas. d) Reduzca al mínimo las marcas por amolado, las entallas y los cortes en la superficie del componente. e) Asegurar un buen ajuste y transiciones suaves para las soldaduras. Minimizar los defectos de soldadura ya que estos pueden acelerar grietas de fatiga. f) Elimine cualquier rebaba o labios causados por mecanizado.

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g) Utilice poca fuerza en el estampado y marcado de herramientas. 4.2.16.7 Inspección y supervisión

a) END técnicas como TP, PM y UT puede utilizarse para detectar las grietas de fatiga en zonas conocidas de concentración de tensiones. b) IV de tuberías de pequeño diámetro para la detección de oscilación cíclica u otro movimiento que podría dar lugar a grietas. c) Monitorización de vibraciones de equipos rotativos para ayudar a detectar los ejes que puedan estar fuera de balance. d) En ciclos altos de fatiga, la iniciación de la grieta por fatiga puede iniciar en la mayoría de la vida haciendo difícil la detección. 4.2.16.8 Mecanismos relacionados

Vibraciones inducidas por la fatiga (ver 4.2.17). 4.2.16.9 Referencias

1. "Fractura y fatiga en estructuras de control," JM Barsom y ST Rolfe, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA. 2. ASTM STP1428, termo-mecánica de comportamiento de fatiga de materiales,  American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA. 3. ASTM MNL41, corrosión en la industria petroquímica, ASM International, Mateirals Park, OH, 1995.

Figura 4-29 Esquema de una muestran de superficie por una fractura por fatiga

"marcas de playa".

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Figura 4-30 Fractura por fatiga en una superficie de tuberías de acero al carbono.

Figura 4-31 Grieta por fatiga en un cordón de soldadura de un codo de tubería de 16

pulgadas de una línea de llenado de tanque de almacenamiento de crudo de petróleo después de 50 años en servicio.

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Figura 4-32  A través de la sección transversal de soldadura se muestra la localización

de la grieta.

Figura 4-33 La superficie de las caras de la fractura de la grieta mostrada en la figura

4-31 y figura 4-32.

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API 571 4.3.2 Corrosión Atmosférica 4.3.2.1 Descripción de los daños

Una forma de corrosión que se produce de la humedad asociada a las condiciones atmosféricas. Ambientes marinos y ambientes industriales húmedos contaminados con los contaminantes en suspensión en el aire, son más graves. El medio ambiente seco causa muy poco corrosión. 4.3.2.2 Materiales Afectados

 Acero al carbono, aceros de baja aleación de cobre y aleación de aluminio. 4.3.2.3 Factores Críticos

a) Factores críticos incluyen la ubicación física (industrial, marina, rural), la humedad (humedad), especialmente los diseños que atrapan la humedad o cuando se presenta en una torre de enfriamiento de niebla, temperatura, presencia de sales, compuestos de azufre y la suciedad. b) Medio ambiente marino puede ser muy corrosivos (20 MPY), como son los entornos industriales que contienen ácidos o compuestos de azufre que pueden formar ácidos (5-10 MPY). c) Interior de lugares expuestos a una cantidad moderada de la precipitación o la humedad son considerados moderadamente ambientes corrosivos (~ 1-3 MPY). d) Seco el medio ambiente suelen tener tasas de corrosión muy bajas (