Tubo in acciaio inox resistente alla corrosione

Nel nostro programma di prodotti offriamo ai nostri clienti due classi di acciai inossidabili con un'eccellente resistenza alla corrosione.

Austenitico-ferritico Acciaio inox duplex si caratterizzano per le loro eccellenti qualità meccaniche, in particolare per l'elevata fessurazione da corrosione sotto sforzo resistenza. Sono particolarmente adatti per applicazioni marittime e nell'industria chimica. La loro eccellente resistenza alla corrosione consente di sopportare un mezzo cloruro, in particolare in presenza di un'azione meccanica. stress. Questo li rende in molti casi superiori agli acciai austenitici.

La categoria di austenitico resistente alla corrosione I tubi in acciaio inossidabile comprendono principalmente materiali con leghe superiori (ad esempio nichel, cromo e molibdeno). Sono resistenti a diversi tipi di corrosione causati da influenze chimiche umide e sono ancora in grado di mantenere una matrice cubica austenitica a facce centrate. Questo crea una gamma di acciai inossidabili altamente versatili.

Sebbene uno dei motivi principali per cui si utilizzano gli acciai inossidabili sia resistenza alla corrosioneIn effetti, in alcuni ambienti soffrono di alcuni tipi di corrosione e occorre prestare attenzione alla scelta di un grado che sia adatto all'applicazione. Corrosione possono causare una serie di problemi, a seconda delle applicazioni: Perforazione, ad esempio di serbatoi e tubi, che consente la fuoriuscita di fluidi o gas,

Perdita di resistenza quando la sezione trasversale di strutturale La corrosione riduce la resistenza dei componenti, causando una perdita di forza della struttura e un conseguente cedimento. Degrado dell'aspetto estetico, dove i prodotti di corrosione o le vaiolature possono sminuire la finitura decorativa della superficie.

Infine, la corrosione può produrre incrostazioni o ruggine che possono contaminare il materiale trattato; questo vale in particolare per le apparecchiature per la lavorazione degli alimenti.

La corrosione degli acciai inossidabili può essere classificata in una delle seguenti categorie:

Corrosione generale

Corrosione in cui si verifica una rimozione uniforme del materiale, per dissoluzione, ad esempio quando l'acciaio inossidabile viene utilizzato in impianti chimici contenenti acidi forti. In questo caso, la progettazione si basa su dati pubblicati per prevedere la durata del componente.

I dati pubblicati elencano la rimozione del metallo nell'arco di un anno. Le tabelle di resistenza a vari prodotti chimici sono pubblicate da varie organizzazioni e una vasta raccolta di grafici, elenchi, raccomandazioni e documenti tecnici è disponibile presso i produttori e i fornitori di acciaio inossidabile.

Corrosione da vaiolatura

In determinate condizioni, in particolare in presenza di alte concentrazioni di cloruri (come il cloruro di sodio nell'acqua di mare), temperature moderatamente elevate e aggravate da un basso pH (cioè condizioni acide), può verificarsi una corrosione molto localizzata che porta alla perforazione di tubi e raccordi, ecc. Questo fenomeno non è correlato ai dati di corrosione pubblicati, poiché si tratta di una corrosione estremamente localizzata e grave che può penetrare attraverso la sezione trasversale del componente. I gradi ad alto contenuto di cromo, e in particolare di molibdeno e azoto, sono più resistenti alla corrosione per vaiolatura.

Resistenza al pitting Numero equivalente (PREN)

Il numero equivalente di resistenza al pitting (PREN) è risultato essere una buona indicazione della resistenza al pitting degli acciai inossidabili. Il PRE può essere calcolato come:

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

Uno dei motivi per cui la corrosione per vaiolatura è così grave è che una volta che una fossa è iniziata, c'è una forte tendenza a continuare a crescere, anche se la maggior parte dell'acciaio circostante è ancora intatta.

La tendenza di un particolare acciaio a essere attaccato dalla corrosione per vaiolatura può essere valutata in laboratorio. Sono stati ideati diversi test standard, il più comune dei quali è quello riportato nella norma ASTM G48. È possibile tracciare un grafico che indichi la temperatura alla quale è probabile che si verifichi la corrosione per vaiolatura, come mostrato nella Figura 1.

Tubo in acciaio inox resistente alla corrosione

Figura 1. Temperatura alla quale è probabile che si verifichi la corrosione per vaiolatura

Si basa su un test di laboratorio standard al cloruro ferrico, ma prevede i risultati in molte condizioni di servizio.

Corrosione interstiziale

La resistenza alla corrosione di un acciaio inossidabile dipende dalla presenza di uno strato di ossido protettivo sulla sua superficie, ma in alcune condizioni è possibile che questo strato di ossido si rompa, ad esempio in presenza di acidi riducenti o in alcuni tipi di combustione in cui l'atmosfera è riducente. Le aree in cui lo strato di ossido può rompersi possono anche essere il risultato del modo in cui i componenti sono stati progettati, ad esempio sotto le guarnizioni, negli angoli acuti rientranti o associati a una penetrazione incompleta della saldatura o a superfici sovrapposte. Tutti questi elementi possono formare fessure che possono favorire la corrosione. Per funzionare come sito di corrosione, una fessura deve essere sufficientemente ampia da consentire l'ingresso del corrodente, ma sufficientemente stretta da garantire che il corrodente rimanga stagnante. Di conseguenza, la corrosione interstiziale si verifica di solito in spazi larghi pochi micrometri e non si riscontra in scanalature o fessure in cui è possibile la circolazione del corrodente. Questo problema può essere spesso superato prestando attenzione alla progettazione del componente, in particolare evitando la formazione di fessure o almeno mantenendole il più possibile aperte. La corrosione interstiziale è un meccanismo molto simile alla corrosione per vaiolatura; le leghe resistenti a una sono generalmente resistenti a entrambe. La corrosione interstiziale può essere considerata una forma più severa di corrosione per vaiolatura, in quanto si verifica a temperature significativamente più basse rispetto alla vaiolatura.

Cricche da corrosione da stress (SCC)

Sotto l'effetto combinato di sollecitazioni e di alcuni ambienti corrosivi, gli acciai inossidabili possono essere soggetti a questa forma di corrosione molto rapida e grave. Le sollecitazioni devono essere di trazione e possono derivare da carichi applicati in servizio, o da sollecitazioni create dal tipo di assemblaggio, ad esempio l'inserimento di perni nei fori, o da sollecitazioni residue derivanti dal metodo di fabbricazione, come la lavorazione a freddo. L'ambiente più dannoso è la soluzione di cloruri in acqua, come l'acqua di mare, soprattutto a temperature elevate. Di conseguenza, gli acciai inossidabili sono limitati nella loro applicazione per il mantenimento di acque calde (superiori a circa 50°C) contenenti anche solo tracce di cloruri (più di qualche parte per milione). Questa forma di corrosione è applicabile solo al gruppo di acciai austenitici ed è legata al contenuto di nichel. Il grado 316 non è significativamente più resistente alla SCC rispetto al 304. Gli acciai duplex sono molto più resistenti alla SCC rispetto agli austenitici, con il grado 2205 che ne è praticamente immune a temperature fino a circa 150°C, mentre i super duplex sono ancora più resistenti. I gradi ferritici in genere non soffrono affatto di questo problema.

In alcuni casi è stato riscontrato che è possibile migliorare la resistenza all'SCC applicando una sollecitazione di compressione al componente a rischio; ciò può essere fatto, ad esempio, mediante pallinatura della superficie. Un'altra alternativa è quella di garantire che il prodotto sia privo di tensioni di trazione mediante ricottura come operazione finale. Queste soluzioni al problema hanno avuto successo in alcuni casi, ma devono essere valutate con molta attenzione, poiché può essere molto difficile garantire l'assenza di tensioni di trazione residue o applicate.

Da un punto di vista pratico, il grado 304 può essere adeguato in determinate condizioni. Ad esempio, il grado 304 viene utilizzato in acque contenenti 100-300 parti per milione (ppm) di cloruri a temperature moderate. Cercare di stabilire dei limiti può essere rischioso perché le condizioni di bagnato/asciutto possono concentrare i cloruri e aumentare la probabilità di cricche da tensocorrosione. Il contenuto di cloruri dell'acqua di mare è di circa 2% (20.000 ppm). L'acqua di mare con temperatura superiore a 50°C è utilizzata in applicazioni come gli scambiatori di calore per le centrali elettriche costiere.

Di recente si è verificato un piccolo numero di casi di cedimenti da tensocorrosione da cloruro a temperature più basse di quelle ritenute possibili in precedenza. Questi casi si sono verificati nell'atmosfera calda e umida sopra le piscine coperte con cloro, dove spesso vengono utilizzati dispositivi in acciaio inossidabile (generalmente di grado 316) per sospendere elementi come i condotti di ventilazione. Sono state coinvolte temperature fino a 30-40 °C. Si sono verificati anche guasti dovuti a tensocorrosione a temperature più elevate con livelli di cloruro fino a 10 ppm. Questo problema molto serio non è ancora del tutto compreso.

Criccatura da stress da solfuro (SSC)

Per molti utenti dell'industria petrolifera e del gas, la resistenza del materiale alla cricca da tensocorrosione da solfuro è di fondamentale importanza. Il meccanismo della SSC non è stato definito in modo univoco, ma implica l'azione congiunta di cloruro e idrogeno solforato, richiede la presenza di uno sforzo di trazione e ha una relazione non lineare con la temperatura.

I tre fattori principali sono il livello di stress, l'ambiente e la temperatura.

Livello di stress

A volte è possibile identificare una soglia di stress per ogni combinazione di materiale e ambiente. Alcuni dati pubblicati mostrano una continua diminuzione della tensione di soglia con l'aumento dei livelli di H2S. Per prevenire l'SSC, la specifica MR0175 della NACE per gli ambienti con solfuri limita i comuni gradi austenitici a una durezza massima di 22HRC.

Ambiente

Gli agenti principali sono il cloruro, l'idrogeno solforato e il pH. Esiste un sinergismo tra questi effetti, con un effetto apparentemente inibitorio del solfuro ad alti livelli di H2S.

Temperatura

Con l'aumento della temperatura, il contributo del cloruro aumenta ma l'effetto dell'idrogeno diminuisce a causa della sua maggiore mobilità nella matrice di ferrite. Il risultato netto è una suscettibilità massima nella regione 60-100°C. Sono stati identificati anche diversi fattori secondari, tra cui la quantità di ferrite, le condizioni della superficie, la presenza di lavoro a freddo e la colorazione termica delle saldature.

Corrosione intergranulare

La corrosione intergranulare è una forma di corrosione relativamente rapida e localizzata associata a una microstruttura difettosa nota come precipitazione di carburi. Quando gli acciai austenitici sono stati esposti per un periodo di tempo compreso tra circa 425 e 850°C, o quando l'acciaio è stato riscaldato a temperature più elevate e lasciato raffreddare in quell'intervallo di temperatura a una velocità relativamente lenta (come avviene dopo la saldatura o il raffreddamento ad aria dopo la ricottura), il cromo e il carbonio presenti nell'acciaio si combinano per formare particelle di carburo di cromo lungo i bordi dei grani in tutto l'acciaio. La formazione di queste particelle di carburo nei bordi dei grani impoverisce il metallo circostante di cromo e ne riduce la resistenza alla corrosione, consentendo all'acciaio di corrodersi preferenzialmente lungo i bordi dei grani. L'acciaio in queste condizioni è detto "sensibilizzato".

Va notato che la precipitazione dei carburi dipende dal contenuto di carbonio, dalla temperatura e dal tempo di permanenza in temperatura. L'intervallo di temperatura più critico è intorno ai 700°C, a cui gli acciai al carbonio 0,06% precipitano carburi in circa 2 minuti, mentre gli acciai al carbonio 0,02% sono effettivamente immuni da questo problema.

È possibile recuperare gli acciai che soffrono di precipitazione di carburi mediante un riscaldamento superiore a 1000°C, seguito da una tempra in acqua per trattenere il carbonio e il cromo in soluzione e prevenire così la formazione di carburi. La maggior parte delle strutture saldate o riscaldate non può essere sottoposta a questo trattamento. trattamento termico e per questo motivo sono state progettate qualità speciali di acciaio per evitare questo problema. Si tratta dei gradi stabilizzati 321 (stabilizzato con titanio) e 347 (stabilizzato con niobio). Titanio e niobio hanno un'affinità per il carbonio molto più alta di quella del cromo e quindi i carburi di titanio, niobio e tantalio si formano al posto dei carburi di cromo, lasciando il cromo in soluzione e assicurando la piena resistenza alla corrosione.

Un altro metodo utilizzato per superare la corrosione intergranulare è l'utilizzo di gradi a bassissimo tenore di carbonio, quali i gradi 316L e 304LQuesti hanno livelli di carbonio estremamente bassi (generalmente inferiori a 0,03%) e sono quindi molto più resistenti alla precipitazione del carburo.

Molti ambienti non causano corrosione intergranulare negli acciai inossidabili austenitici sensibilizzati, ad esempio l'acido acetico glaciale a temperatura ambiente, le soluzioni saline alcaline come il carbonato di sodio, l'acqua potabile e la maggior parte delle acque dolci interne. In questi ambienti non è necessario preoccuparsi della sensibilizzazione. In genere non ci sono problemi nemmeno alla luce calibro acciaio, poiché di solito si raffredda molto rapidamente dopo la saldatura o altre esposizioni ad alte temperature.

Inoltre, la presenza di carburi ai bordi dei grani non è dannosa per la resistenza alle alte temperature degli acciai inossidabili. I gradi destinati specificamente a queste applicazioni hanno spesso intenzionalmente un elevato contenuto di carbonio, che ne aumenta la resistenza alle alte temperature e al creep. Si tratta delle varianti "H", come ad esempio le qualità 304H, 316H, 321H e 347He anche 310. Tutti questi hanno un contenuto di carbonio deliberatamente nell'intervallo in cui si verifica la precipitazione.

Corrosione galvanica

Poiché la corrosione è un processo elettrochimico che comporta il passaggio di corrente elettrica, la corrosione può essere generata da un effetto galvanico che nasce dal contatto di metalli dissimili in un elettrolita (un elettrolita è un liquido elettricamente conduttivo). Perché si verifichi la corrosione galvanica sono necessarie tre condizioni: i due metalli devono essere ampiamente separati nella serie galvanica (vedi Figura 2), devono essere in contatto elettrico e le loro superfici devono essere attraversate da un fluido elettricamente conduttore. L'eliminazione di una di queste tre condizioni impedisce la corrosione galvanica.

Figura 2. Serie galvanica per metalli in acqua di mare corrente.

L'ovvio mezzo di prevenzione è quindi quello di evitare le strutture metalliche miste. Spesso questo non è pratico, ma la prevenzione può anche essere effettuata rimuovendo il contatto elettrico - questo può essere ottenuto con l'uso di rondelle o manicotti in plastica o gomma, o garantendo l'assenza dell'elettrolita, ad esempio migliorando il drenaggio o utilizzando cappe protettive. Questo effetto dipende anche dalle aree relative dei metalli dissimili. Se l'area del materiale meno nobile (il materiale anodico, più a destra nella Figura 2) è grande rispetto a quella del materiale più nobile (catodico), l'effetto corrosivo si riduce notevolmente e può diventare trascurabile. Al contrario, una grande area di metallo nobile a contatto con una piccola area meno nobile accelererà la velocità di corrosione galvanica. Ad esempio, è prassi comune fissare le lastre di alluminio con viti in acciaio inox, ma le viti in alluminio in un'ampia area di acciaio inox rischiano di corrodersi rapidamente.

Corrosione da contatto

Combina elementi di vaiolatura, corrosione interstiziale e galvanica e si verifica quando piccole particelle di materiale estraneo, in particolare acciaio al carbonio, rimangono su un acciaio inossidabile. superficie. L'attacco inizia come una cella galvanica: la particella estranea è anodica e quindi è probabile che venga rapidamente corrosa, ma nei casi più gravi può formarsi anche una fossa nell'acciaio inossidabile e la corrosione per vaiolatura può continuare da questo punto. La causa più frequente sono i detriti provenienti dalla rettifica di acciaio al carbonio effettuata nelle vicinanze o l'uso di utensili contaminati da acciaio al carbonio. Per questo motivo, alcuni fabbricanti dispongono di officine dedicate all'acciaio inossidabile in cui il contatto con l'acciaio al carbonio è totalmente evitato.

Tutte le officine e i magazzini che trattano o immagazzinano tubi in acciaio inossidabile devono essere consapevoli di questo potenziale problema e prendere le dovute precauzioni per evitarlo. Per evitare il contatto tra i tubi in acciaio inox e le scaffalature di stoccaggio in acciaio al carbonio si possono utilizzare strisce protettive in plastica, legno o moquette. Tra le altre attrezzature di movimentazione da proteggere vi sono i tiranti dei carrelli elevatori e le attrezzature di sollevamento delle gru. Le imbracature in tessuto pulito sono spesso un'utile alternativa.

Passivazione e decapaggio

Se l'acciaio inossidabile è contaminato da detriti di acciaio al carbonio, questi possono essere rimossi mediante passivazione con acido nitrico diluito o decapaggio con una miscela di acido fluoridrico e nitrico.

Selezione della resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile
Test metallografico - Test di metallografia
Rapporto di prova metallografica
Cricche da corrosione da stress (SCC)
Cricche da corrosione da stress da cloruro
Corrosione dell'acciaio inossidabile
Corrosione delle tubazioni
Processo di corrosione
Rivestimenti superficiali per la corrosione
Materiale resistente alla corrosione
Corrosione bi-metallica.Corrosione galvanica
Corrosione intergranulare
Corrosione intergranulare dei tubi in acciaio inossidabile
Tubo in acciaio inox resistente alla corrosione
Resistenza alla corrosione dei tubi in acciaio inossidabile
Resistenza all'acqua di mare dei tubi in acciaio inossidabile
Meccanismo di corrosione nei tubi in acciaio inossidabile
ASTM A262 Prova di corrosione intergranulare IGC
ASTM E112 Metodi di prova standard per la determinazione della dimensione media dei grani
Metodi per ridurre al minimo la cricca da tensocorrosione da cloruro