Como selecionar materiais em um ambiente corrosivo por cloretos

Como selecionar materiais em um ambiente corrosivo por cloretos

1. Fissuração por corrosão sob tensão (SCC)

A corrosão sob tensão ocorre quando o aço inoxidável é exposto a um meio corrosivo contendo oxigênio e íons cloreto. As falhas por corrosão sob tensão são responsáveis ​​por aproximadamente 45% de todas as falhas relacionadas à corrosão.

Medidas comuns de prevenção:

Seleção de materiais: Use materiais resistentes à corrosão sob tensão, como aço cromo-níquel austenítico de alta pureza, aço cromo-níquel austenítico com alto teor de silício, aço ferrítico com alto teor de cromo e aço duplex ferrítico-austenítico (que oferece a melhor resistência à corrosão sob tensão ).

-Controle de tensão: Minimize a concentração de tensão durante a montagem, garanta tensão residual mínima em áreas expostas ao meio, evite danos por impacto ou arranhões e siga rigorosamente os procedimentos de soldagem.

Protocolos de operação rigorosos: controle a composição da matéria-prima, vazão, temperatura média, pressão e valor de pH. Adicione inibidores de corrosão dentro dos limites permitidos do processo. Para aço inoxidável cromo-níquel usado em meios de cloreto dissolvido em oxigênio, reduza o teor de oxigênio para menos de 1,0 × 10⁻⁶. Por exemplo, adicionar 150,0 × 10⁻⁶ nitrato e 0,5 × 10⁻⁶ sulfito de sódio à água contendo 500,0 × 10⁻⁶ íons cloreto pode melhorar significativamente o desempenho.

2. Corrosão e Prevenção por Pitting

A corrosão por pites normalmente ocorre em meios estagnados. As covas geralmente crescem ao longo da direção da gravidade ou lateralmente e aceleram uma vez formadas. Em soluções aquosas contendo cloreto, a película protetora de óxido do aço inoxidável se dissolve, formando pequenas depressões (20–30 μm de diâmetro) no metal base, que atuam como núcleos de corrosão. Os íons cloreto podem promover o crescimento desses núcleos em fossas maiores.

Medidas comuns de prevenção:

- Adicione elementos como molibdênio (Mo), nitrogênio (N) e silício (Si) ao aço inoxidável e aumente o teor de cromo (Cr).

- Reduza a concentração de íons cloreto no meio.

- Utilizar inibidores de corrosão para estabilizar o filme passivo e facilitar a repassivação de filmes danificados.

- Aplique proteção catódica externa para suprimir corrosão.

3. Corrosão em fendas

A corrosão em frestas tem um mecanismo semelhante à corrosão por pites e ocorre devido à concentração localizada de íons cloreto em áreas ocluídas. Este tipo de corrosão é comum em juntas de flange, juntas sobrepostas, fendas de porcas de parafusos e lacunas entre tubos do trocador de calor e placas de tubos. Está intimamente relacionado com a concentração de soluções estagnadas nas fendas. Uma vez que a corrosão em frestas se desenvolve, aumenta significativamente a probabilidade de induzir fissuras por corrosão sob tensão.

Medidas comuns de prevenção:

- Minimize o número de fendas no projeto e na montagem.

- Use materiais com alta resistência à corrosão em frestas (por exemplo, aço inoxidável duplex ou aço inoxidável com adição de molibdênio).

- Vedar as fendas para evitar a entrada de soluções contendo cloretos.

- Limpe e faça manutenção regularmente para remover qualquer solução estagnada nas fendas.

4. Corrosão por picada

Todos os materiais metálicos contêm inclusões não metálicas até certo ponto. No aço inoxidável, compostos não metálicos podem formar corrosão por pites sob a ação de íons cloreto. Os íons cloreto migram para as cavidades, enquanto os íons metálicos carregados positivamente se movem para fora, criando um gradiente de concentração que acelera o processo de corrosão. A adição de molibdênio (Mo) melhora significativamente a resistência à corrosão por pites; quanto maior o teor de Mo, melhor será o desempenho.

Medidas de Prevenção:

- Selecione aços inoxidáveis ​​contendo Mo para melhor resistência à corrosão.

- Garanta um acabamento superficial liso para reduzir locais de início de corrosão.

- Utilize inibidores ou métodos de proteção externa para estabilizar o filme passivo.

Ao combinar a seleção apropriada de materiais, otimização do projeto e controles operacionais rigorosos, o risco de corrosão induzida por cloreto pode ser efetivamente minimizado.

II. Condições de uso para vários aços inoxidáveis ​​em soluções aquosas contendo cloreto

1. Aço inoxidável 304

- O aço inoxidável austenítico mais acessível e amplamente utilizado, adequado para meios orgânicos e inorgânicos em geral. As aplicações comuns incluem indústrias alimentícias, químicas e nucleares.

- Exemplos de condições adequadas:

- Ácido nítrico: Concentração <30%, temperatura ≤100°C, ou concentração ≥30%, temperatura <50°C.

- Carbonatos, água amoniacal, álcoois a temperaturas ≤100°C.

- Fraca resistência ao ácido sulfúrico e clorídrico. Particularmente sensível à corrosão em frestas causada por meios contendo cloreto (por exemplo, água de resfriamento).

2. Aço inoxidável 304L

- Resistência à corrosão e aplicações semelhantes às do 304, mas com menor teor de carbono (≤0,03%), oferecendo melhor resistência à corrosão intergranular (inclusive em zonas de solda) e melhor soldabilidade. Adequado para trocadores de calor de placas parcial ou totalmente soldadas (PHE).

3. Aço inoxidável 316

- Resistente a meios orgânicos e inorgânicos em geral, como água de resfriamento natural, água de torre de resfriamento, água macia, carbonatos, ácido acético (<50%) e álcalis diluídos.

- Superior ao 304 em resistência a cloretos devido ao teor de ~2% de molibdênio (Mo), tornando-o adequado para água do mar e ambientes contendo cloreto, substituindo efetivamente o 304.

4. Aço inoxidável 316L

- Semelhante ao 316 mas com menor teor de carbono (≤0,03%), proporcionando melhor soldabilidade e resistência à corrosão nas zonas soldadas. Ideal para aplicações PHE.

5. Aço inoxidável 317

- Oferece vida útil mais longa do que 316 devido ao teor ligeiramente maior de Cr, Mo e Ni, melhorando a resistência à corrosão em frestas, picadas e fissuras por corrosão sob tensão.

6. Aço inoxidável AISI 904L ou SUS 890L

- Um aço inoxidável austenítico econômico com resistência à corrosão superior, especialmente adequado para ambientes de ácido sulfúrico, ácido fosfórico e haleto (por exemplo, Cl⁻ e F⁻).

- Alto teor de Cr, Ni e Mo oferece excelente resistência à corrosão sob tensão, corrosão por pites e corrosão em frestas.

7. Avesta 254 SMO

- Um aço inoxidável com super baixo carbono melhorado do 316, aumentando o teor de Mo.

- Oferece excelente resistência à corrosão por pites e frestas induzida por cloreto, adequado para água salina e ácidos inorgânicos onde 316 é insuficiente.

8. Avesta 654 SMO

- Contém níveis mais elevados de Cr, Ni, Mo e N do que 254 SMO, oferecendo resistência superior à corrosão por cloretos. Adequado para aplicações de água do mar fria.

9. RS-2 (OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb) Aço Inoxidável

- Um aço inoxidável doméstico Cr-Ni-Mo-Cu com resistência à corrosão por pites e fendas comparável ao 316, mas melhor resistência à corrosão sob tensão. Aplicável a ácido sulfúrico concentrado (90–98%, ≤80°C) com taxa de corrosão ≤0,04 mm/ano.

10. Incoloy 825

- Um aço inoxidável Ni (40%) –Cr (22%) –Mo (3%) de alta qualidade.

- Resistente a todas as concentrações de ácido sulfúrico a baixas temperaturas e álcalis cáusticos (por exemplo, 50–70% NaOH).

- Sensível à corrosão em frestas induzida por cloreto e menos adequada para aplicações em placas devido às fracas propriedades de estampagem.

11. Liga 31

- Uma versão melhorada do 904L com maior teor de Mo e N (aço inoxidável padrão 6% Mo).

- Resistência superior à corrosão em comparação com 904L, especialmente em ácido sulfúrico (concentração de 20–80%, 60–100°C), onde seu desempenho supera o C-276.

12. Liga 33

- Um aço inoxidável totalmente austenítico à base de cromo com resistência à corrosão comparável às ligas Ni-Cr-Mo como o Inconel 625.

- Funciona bem em meios ácidos e alcalinos (por exemplo, ácido nítrico, misturas de HF-ácido nítrico).

- Excelente em soluções concentradas de ácido nítrico (96–99%, ≤150°C), água do mar e soluções de ácido fosfórico em ebulição (≤85%, ≤150°C).

13. Liga C-2000

- Uma liga à base de Ni desenvolvida na década de 1990, que oferece excepcional resistência à corrosão em ácido sulfúrico diluído, ácido clorídrico, ácido fosfórico em ebulição (concentração ≤50%) e meio de cloreto quente.

- Supera o C-276 e o ​​C-22 em muitos ambientes, mas é menos eficaz em ácido sulfúrico concentrado (≥70%).

14. Liga 59

- Uma liga à base de Ni com teor de Ni ligeiramente superior (59%) e sem Cu ou W.

- Oferece a melhor resistência à corrosão, estabilidade térmica, conformabilidade e soldabilidade entre as ligas à base de Ni. Amplamente utilizado em ambientes de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fluorídrico e cloreto-oxigênio com baixo pH desde a comercialização em 1990.

Esses aços inoxidáveis ​​oferecem níveis variados de resistência à corrosão induzida por cloretos, permitindo a seleção de materiais com base em condições ambientais e operacionais específicas.

Além do material mencionado acima válvula globo inconel 625 este material especial também é amplamente aplicado.

III. Tabela de seleção de materiais com base na temperatura e concentração de íons cloreto