Assessment of creep damage in Fe-Ni-Cr alloys

• Main Author: Sorsh, Frans
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Hållfasthetslära (Avd.) 2019
• Subjects: Applied Mechanics; Teknisk mekanik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-259516

It is only a matter of time before components working in high temperature environments fail due to creep. Design for creep is therefore of vital importance to maximize the lifetime of components and reduce costs that may arise from maintenance and replacement of components. This thesis aims to use metallographical methods and finite element modeling to assess creep damage in a hydrogen reformer. The decommissioned reformer, made of Fe-Ni-Cr alloys, was investigated thoroughly via replica testing, hardness measurements as well as finite element modeling of the welds. An extended literature review was performed to gain a better understanding of creep in Fe-Ni-Cr alloys, welds and the modeling of creep generally. The microstructures of samples from the reformer were analyzed and mapped out in terms of creep damage which were then compared to a creep analysis of the welds with a simulation time of 100 000 h. The FE results yielded high stresses and creep strains with a maximum of 0.95% in the boundaries of the welds which gave realistic representations of strain distributions when compared to the metallographical results. Hardness measurement indicated that a relatively narrow zone with altered mechanical properties is present along the weld boundaries. This area, called the heat affected zone, was found to be most affected by creep with microcracks reaching maximum lengths of 2 mm. The creep strains obtained from simulation did not fall in line with the observed creep damage, it was thus concluded that a material model that considers tertiary creep would yield a more realistic representation in FEM for Fe-Ni-Cr alloys. === Det är bara en tidsfråga innan komponenter som arbetar i högtemperaturförhållanden misslyckas pga kryp. Att designa med avseende på kryp är därmed viktigt för att maximera livslängden och reducera kostnader som kan komma från underhåll och från utbyte av komponenter. I detta examensarbete används metallografiska metoder och finita element modellering för att bedöma krypskador i en vätgasreformer. Vätgasreformern, som är tillverkad i Fe-Ni-Cr legeringar, togs ur drift och undersöktes metallografiskt med hjälp av replikprovning och hårdhetsprovning samt med finita element modellering av svetsar. En djupgående litteraturstudie utfördes för att öka förståelsen av kryp, specifikt i Fe-Ni-Cr legeringar och även modellering av kryp generellt. Mikrostrukturen från utvalda provbitar undersöktes och krypskador kartläggdes för att sedan jämföra med en krypanalys av svetsarna där 100 000 timmars kryp simulerades. Krypanalysen resulterade i höga spänningar och kryptöjningar upp till maximalt 0.95% i svetsgränserna vilket gav realistiska representationer av töjningsdistributionen jämfört med metallografiska resultaten. Hårdhetsmätningar indikerade att ett smalt område med förändrade mekaniska egenskaper fanns utmed svetsgränserna. Detta område, den värmepåverkade zonen, var mest utsatt för krypskador med mikrosprickor uppemåt 2 mm i längd. Kryptöjningar som erhölls från simuleringen gav inte en tillräckligt bra uppskattning av kryptöjningarna – de krypskador som observerades motsvarar lokalt högre töjning. Slutsatsen är att en materialmodell som tar hänsyn till tertiärkryp skulle i det här fallet ge en mer realistisk representation i FEM för Fe-Ni-Cr legeringar.