Em que limite específico de concentração de ácido sulfúrico uma bainha de aço inoxidável 316 de 1,2 milímetros requer recozimento pós-soldagem para evitar corrosão intergranular em aquecedores elétricos de imersão?

A soldagem da fixação dos flanges de montagem e acessórios à bainha de aço inoxidável 316 deve ser feita por engenheiros de fabricação e pessoal de garantia de qualidade encarregado de aquecedores elétricos de imersão para uso em serviço de ácido sulfúrico. A soldagem gera calor que pode produzir sensibilização, a formação de carbonetos de cromo nos limites dos grãos na-zona afetada pelo calor. 316 sensibilizada perde sua resistência à corrosão e se torna suscetível à corrosão intergranular que ataca preferencialmente os limites dos grãos, produzindo rápida perda de material e possível falha do aquecedor. A espessura da parede da bainha controla o ritmo de resfriamento após a soldagem e a necessidade de recozimento pós{5}}soldagem. Neste trabalho determinamos o limite de concentração de ácido sulfúrico que requer recozimento pós--soldagem para evitar ataque de corrosão intergranular em uma bainha 316 de 1,2 mm.

Sensibilização e Mecanismo de Corrosão Intergranular em 316
Quando o aço inoxidável 316 é aquecido na faixa de temperatura de 450 graus a 850 graus (faixa de sensibilização), os carbonetos de cromo tendem a precipitar nos limites dos grãos. Esta precipitação faz com que as regiões próximas aos limites dos grãos fiquem sem cromo e, portanto, deficientes em 12% de cromo necessário para a produção passiva de filme. Em um ambiente corrosivo, essas zonas de depleção de cromo são preferencialmente corroídas, resultando no ataque dos limites dos grãos e, por fim, na remoção de material. Para uma bainha de parede fina com 1,2 mm de espessura, a taxa de resfriamento após a soldagem é rápida, pois a massa térmica é mínima e, portanto, o calor se dissipa rapidamente. Uma parede fina resfriará da temperatura de soldagem abaixo de 450 graus em segundos e passará pouco tempo na faixa de sensibilização. Para bainhas-de paredes espessas (mais de 3 mm), a taxa de resfriamento é mais lenta, o que aumenta o perigo de sensibilização. No entanto, para uma parede de 1,2 mm, a taxa de resfriamento é geralmente rápida o suficiente para evitar a sensibilização sob circunstâncias convencionais de soldagem a arco de gás de tungstênio. Não é apenas a espessura da parede que é a chave, é o teor de carbono do material 316. O 316L com baixo teor de carbono (máx. 0,03% C) é particularmente resistente à sensibilização independente da espessura da parede. O padrão 316 (máx. 0,08% de carbono) pode ficar sensibilizado se for resfriado muito lentamente.

Concentração crítica de ácido sulfúrico para detecção de sensibilização
The intergranular corrosion of sensitised 316 is especially severe at certain concentrations of sulphuric acid. The Strauss test (ASTM A262 Practice E) is a test for sensitisation using boiling 16% sulphuric acid with copper sulphate. The most susceptible concentration of sulphuric acid to intergranular assault in service is between 10 and 40% at temperatures over 50°C. Below 10 % the acid is not active enough to target grain boundaries preferentially. Above 40% acid it becomes oxidising and repassivates the surface obscuring sensitisation. 1.2 mm 316 sheath in sulphuric acid. For 60-80°C the concentration threshold for the risk of intergranular corrosion is around 15-25%. A sensitised sheath may live for years without obvious attack below 15 per cent. At >25% de ácido, a tendência oxidante do ácido pode impedir o ataque intergranular, mas a corrosão torna-se uma preocupação. Uma bainha sensibilizada na faixa crítica de 15-25% pode perder material a uma taxa de 0,5-2,0 mm/ano ao longo dos limites dos grãos, perfurando uma parede de 1,2 mm em questão de meses. Assim, para aplicações com concentrações de ácido sulfúrico entre 15% e 25% em temperaturas acima de 50 graus, o recozimento pós-soldagem é fortemente recomendado, a menos que o material seja 316L.

Matriz de requisitos de recozimento para bainhas 316 soldadas
A tabela abaixo fornece recomendações para recozimento pós{0}}soldagem de bainhas 316 de 1,2 mm de acordo com a concentração de ácido sulfúrico, a temperatura operacional e o grau específico de 316 utilizado. O conjunto de soldagem é aquecido a uma temperatura de 1.050 graus por 15 minutos e resfriado rapidamente (têmpera com água ou gás forçado).

Concentração de ácido sulfúrico Temperatura operacional É necessário recozimento pós-solda grau 316? Recomendação Alternativa
Menos de 10 por cento da temperatura 316 ou 316L Não é permitida soldagem padrão
10 – 15% Abaixo de 60 graus 316L Não Preferencial 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15% 60 – 90 graus 316L Sem cuidado contra ataque
10 – 15% 60 – 90 graus 316 Sim Recozir ou usar 316L 15 – 25% Abaixo de 50oC 316L Não aceitável 316L 15 – 25% Tabela 11.2.2.1.2. Composição e aplicações de SS 316 e 316L em temperaturas elevadasQualquer temperatura Qualquer 316 N/A A sensibilização não é o modo de falha predominante; Pitting é dominante
Acima de 40%Qualquer temperatura Qualquer 316 Não aplicável Ácido oxidante; ataque intergranular improvável
Para a faixa de concentração crítica de 15-25% em temperaturas acima de 50 graus, se o padrão 316 for utilizado, é necessário o recozimento pós-soldagem de uma bainha 316 de 1,2 mm. Mas o recozimento proporciona uma margem adicional de segurança mesmo com 316L. Se o recozimento não for realizado, a zona de fixação do flange soldado pode desenvolver corrosão intergranular penetrando na parede fina em 3 a 12 meses, produzindo desprendimento do flange ou vazamento da bainha.

Considerações práticas sobre recozimento de bainhas de paredes finas
São discutidas as dificuldades práticas do recozimento pós-soldagem do tubo 316 de 1,2 mm. Se o conjunto não estiver devidamente protegido, a alta temperatura de 1050 graus pode permitir a oxidação do fio de resistência interna. O recozimento deve ser realizado em um forno com ambiente controlado usando argônio ou amônia dissociada para evitar oxidação. Alternativamente, a zona de solda pode ser recozida localmente por aquecimento por indução sem aquecer todo o aquecedor. O isolamento de MgO nas estampagens do aquecedor se expande de maneira diferente do aço e pode quebrar a bainha, portanto, o recozimento completo do forno de aquecedores que foram previamente estampados com isolamento de MgO não é possível. Portanto, o recozimento deve ser feito após a soldagem, mas antes da estampagem ou localizado apenas na área de solda. Os engenheiros devem estipular que qualquer soldagem realizada em bainhas 316 que funcione com 15 a 25 por cento de ácido sulfúrico deve ser seguida por recozimento por indução localizado da zona-afetada pelo calor. A zona recozida deverá estender-se pelo menos 10 mm em cada lado da solda. O recozimento adequado pode ser verificado usando um medidor de ferrite ou enviando uma amostra de solda para teste ASTM A262 Practice E. Um fornecedor que não possa realizar o recozimento pós{19}}soldagem ou oferecer testes de verificação não deverá ser contratado para serviço de ácido sulfúrico na faixa de concentração crítica . O custo de uma falha por corrosão intergranular, que geralmente é inesperada e sem aviso prévio, é significativamente maior que o custo de bons processos de recozimento. Para novas instalações, a escolha do 316L, em vez do padrão 316, elimina o potencial de sensibilização para paredes de 1,2 mm sob todas as condições, exceto as mais extremas, e é fortemente recomendado para qualquer serviço de ácido sulfúrico acima de 10% de concentração.