Intergranular Corrosion in Retaining Rings Made of X39CrMo17-1 and X39Cr13
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B. Fischer
Abstract
A number of retaining rings used in fuel gas piping assemblies of large stationary heavy-duty industrial gas turbines were found broken upon reception at the gas turbine manufacturer's plant. While the pipes were made of AISI 321 austenitic stainless steel, 1.4541, X6CrNiTi18-10, the specified material of the subject locking rings is the martensitic stainless chromium steel X39CrMo17-1, 1.4122. In fact, however, the failed snap rings consisted of the lower-chromium X39Cr13, 1.4031. The fractured retaining rings all originated from a particular North American supply chain. In contrast, the same pipe assemblies delivered by an alternative second-source European supplier did not show these remarkable fractures in their retaining rings. Also, they were indeed made of the specified higher-chromium material. It was later discovered that the supplier that shipped the faulty product employed a peculiar wet cleaning process without proper post-cleaning drying. The conclusion of the metallurgical failure analysis was that the subject retaining rings failed by intergranular corrosion due to sensitisation from heat treatment and wet cleaning residues that remained on the product and caused corrosion during shipment. The erroneous material selection, violating the specification, contributed to the failure.
Kurzfassung
Mehrere in Brenngasleitungssystemen industrieller Großgasturbinen zum Einsatz kommende Sicherungsringe lagen bei Erhalt seitens des Werks des Gasturbinenherstellers gebrochen vor. Während die Rohrleitungen aus rostfreiem austenitischem Stahl AISI 321, 1.4541, X6CrNiTi18-10 gefertigt wurden, ist der für die entsprechenden Sicherungsringe angegebene Werkstoff rostfreier martensitischer Chromstahl X39CrMo17-1, 1.4122. Die Sprengringe, die versagten, setzten sich allerdings aus X39Cr13, 1.4031 mit niedrigerem Chromgehalt zusammen. Die gebrochenen Sicherungsringe stammten alle von einer bestimmten nordamerikanischen Lieferkette. Die gleichen Rohrbaugruppen hingegen, die von einem zweiten, alternativen europäischen Anbieter ausgeliefert wurden, wiesen bei ihren Sicherungsringen nicht diese außergewöhnlichen Brüche auf. Sie wurden zudem tatsächlich aus dem spezifizierten Werkstoff mit höherem Chromgehalt hergestellt. Später wurde festgestellt, dass der Anbieter, der die fehlerhafte Ware ausgeliefert hatte, eine besondere Nassreinigung ohne eine der Reinigung nachfolgende ordnungsgemäße Trocknung durchführte. Aus der metallurgischen Schadensanalyse wurde geschlussfolgert, dass die entsprechenden Sicherungsringe aufgrund interkristalliner Korrosion versagten, die durch Sensibilisierung durch Wärmebehandlung und Nassreinigungsrückstände hervorgerufen wurde, die auf dem Produkt zurückblieben und während der Zulieferung Korrosion verursachten. Die Auswahl eines falschen Werkstoffes, der nicht den Spezifikationen entsprach, trug zum Versagen bei.
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