Em linhas de decapagem que usam ácidos HNO₃{0}}HF mistos a 50 graus, com que frequência os tubos aquecedores de titânio grau 2 devem ser inspecionados quanto a ataque intergranular após 5.000 horas de operação?

Soluções mistas de ácido nítrico-fluorídrico são usadas em linhas de decapagem de aço inoxidável e ligas de titânio para remover incrustações de óxido e impurezas superficiais. As formulações típicas compreendem 10-20% de HNO3 e 1-5% de HF a 40-60 graus. O titânio grau 2 é frequentemente utilizado para aquecedores de imersão nessas linhas, pois cria uma camada passiva em ácido nítrico. Mas a presença de ácido fluorídrico (HF) altera basicamente o mecanismo de corrosão. O HF ataca o titânio dissolvendo o filme passivo como hexafluorotitanato solúvel (TiF6 2-). O HF pode atacar os limites dos grãos causando ataque intergranular (IGA). Ao contrário da corrosão uniforme, a IGA prossegue ao longo dos limites dos grãos com poucas alterações visíveis na superfície até que os grãos sejam cortados e caiam. Com base nas taxas de penetração IGA medidas após 5.000 horas de serviço em linhas de decapagem mistas de HNO3-HF, o artigo propõe intervalos de inspeção para tubos aquecedores de titânio Grau 2.

Mecanismo de ataque ao limite de grãos em HF-contendo ácidos
Os ácidos mistos HNO3-HF são oxidantes e normalmente passivariam o titânio, mas o HF forma um composto com íons de titânio e evita a formação de filme. O mecanismo de corrosão muda para dissolução ativa. A taxa de dissolução aumenta nas bordas dos grãos devido aos seguintes fatores: segregação de impurezas (ferro, carbono, oxigênio) nas bordas dos grãos; aumento da energia de deformação nos limites dos grãos; e ataque preferencial de orientações cristalográficas particulares.

Para titânio Grau 2 (comercialmente puro e com baixo teor de liga), as áreas dos limites dos grãos são um pouco mais reativas do que os interiores dos grãos. A taxa de dissolução dos limites dos grãos é 3-10 vezes maior que a taxa geral de corrosão a 50 graus e concentrações de HF acima de 0,5%. Após longa exposição, um tubo que parece apenas ligeiramente gravado na superfície pode ter sulcos de contorno de grão de 50 a 100 µm de profundidade. Quando essas ranhuras atingem uma profundidade suficiente (geralmente 30-50% da espessura da parede), os grãos podem cair e formar-se buracos que perfuram rapidamente o tubo.

Taxas mistas de penetração de HNO₃-HF IGA
Os dados quantitativos sobre a penetração de IGA são obtidos a partir de testes de imersão controlada de amostras de titânio Grau 2 (recozidas, tamanho de grão 20-40 µm) em formulações de ácido decapante a 50 graus. Os corpos de prova expostos foram seccionados transversalmente e a profundidade máxima de ataque do contorno de grão foi medida metalograficamente.

A taxa geral de corrosão é de 0,3-0,5 mm/ano em 15% HNO₃ + 3% HF a 50 graus (banho médio de decapagem de aço inoxidável). O IGA penetra a uma taxa de 1,5-2,5 mm a cada ano - 5 vezes mais rápido. Após 5.000 horas (cerca de 7 meses de operação contínua) a penetração IGA calculada é de 0,9-1,4 mm. Para um tubo de parede padrão de 1,65 mm, isso se aplica a 55-85% do consumo de parede pela IGA, ou seja, o tubo apresenta alto risco de queda de grãos e perfuração.

A taxa de corrosão usual para 10% HNO3 + 1% HF (menos agressivo, utilizado para decapagem de ligas de titânio) é de 0,08-0,12 mm/ano. A taxa de penetração IGA é de 0,3-0,5 mm/ano. A penetração do IGA é de 0,17-0,29 mm após 5.000 horas, ou cerca de 10-18% de uma parede de 1,65 mm. É importante, mas não urgente."

A taxa geral de corrosão em 20% HNO₃ + 5% HF (decapagem agressiva de alto rendimento) é de 0,8-1,2 mm/ano, enquanto a taxa de penetração IGA é de 4-6 mm/ano. Qualquer espessura de parede viável seria completamente perfurada pela penetração IGA de 2,3-3,4 mm após 2.000-3.000 horas após 5.000 horas.

Configurando Intervalo de Inspeção
A frequência de inspeção é baseada em 30% de penetração IGA na espessura da parede, ponto em que o risco de queda de grãos é alto. Para tubo de parede de 1,65 mm, 30% equivale a 0,5 mm de profundidade IGA.

Com base nas taxas de penetração IGA acima, o tempo para profundidade IGA de 0,5 mm é:

Para 15% HNO3 + 3% HF 0,5 mm/(1,5-2,5 mm/ano)=0.2-0.33 ano=1,750-2.900 horas. Inspeção recomendada a cada 2.000 horas (cerca de. 3 meses).

Para 10% HNO₃ + 1% HF: 0,5 mm/(0,3-0,5 mm/ano)=1.0-1.67 ano=8,800-14.600 h 8.000 horas (cerca de 11 meses) OK para inspeção

A penetração IGA já é de 0,9-1,4 mm (55-85% de parede) para um tubo que trabalhou 5.000 horas em um banho 15/3. Retire o tubo de serviço imediatamente, independentemente de sua aparência externa. Para um banho 10/1, 5.000 horas são 0,17-0,29 mm IGA. Nesse ponto, a inspeção deve ser realizada para medir a penetração real e prever a vida restante.

Intervalos de inspeção da matriz de aplicação
Composição dos ácidos de decapagem Temperatura Taxa de penetração (mm/ano) de Grau 2 IGA Tempo até 30% de penetração na parede (tubo de 1,65 mm) Primeira inspeção Método de inspeção recomendado
10% HNO3 + 1% HF 50 graus 0.3-0.5 8,800-14.600 horas 5.000-6.000 horas Medição de parede por ultrassom + replicação metalográfica
10% HNO3 + 2% HF 50 graus 0.8-1.2 3,700-5.500 horas 3.000-4.000 horas Ultrassônico + corrente parasita 15% HNO3 + 3% HF 50 graus 1.5-2.5 1,750-2.900 horas 2.000 horas Geometria IGA Ultrassônico não confiável Remover e parte
20% HNO₃ + 5% HF 50 graus 4.0-6.0 700-1,100 horas 500 horas Não recomendado para Grau 2; use Grau 7 ou Hastelloy
Qualquer composição a 60 graus (versus 50 graus) 60 graus Taxa de 2-3x a 50 graus Redução de 2-3 vezes no intervaloAjuste conforme necessário Como acima Métodos de inspeção de detecção IGA
O ataque ao limite do grão não gera uma perda de parede paralela e suave, portanto a medição de espessura ultrassônica convencional normalmente não é apropriada para IGA. O sinal ultrassônico pode ser refletido nas ranhuras mais profundas dos limites dos grãos, mas os grãos intermediários ainda podem ser fixados. Uma leitura de espessura de 1,2 mm (sinal para o sulco mais profundo) pode ocorrer com grãos que se separarão a 0,8 mm da parede restante real.

Maneiras mais confiáveis ​​incluem:

Replicação metalográfica: Uma seção da superfície do tubo polida e gravada é replicada em acetato de celulose e o ataque do limite de grão pode ser examinado ao microscópio sem cortar o tubo. As réplicas podem detectar profundidades IGA de 20-30 µm e mais rasas.

Teste de correntes parasitas As correntes parasitas de alta frequência (100-500 kHz) são sensíveis às descontinuidades dos limites dos grãos e podem ser usadas para mapear a gravidade do IGA nas superfícies do tubo.

Seccionamento e medição direta. Para aplicações essenciais, um aquecedor é removido no intervalo necessário e seções transversais em vários locais (seções retas, curvas, soldas) são cortadas e a profundidade IGA medida sob um metalógrafo. Isto fornece dados definitivos para a previsão da vida restante.

A inspeção de tubos de aquecimento de titânio grau 2 para linhas de decapagem com uma mistura de 15% HNO3 + 3% HF a 50 graus é necessária após 2.000 horas (cerca de 3 meses de operação contínua). Normalmente, após 5.000 horas, a penetração do IGA será de 55-85% de uma parede de 1,65 mm e o tubo deverá ser substituído. Para formulações menos agressivas de 10% HNO3 + 1% HF, o exame após 5.000 horas é razoável. A replicação metalográfica deve ser usada para determinar a profundidade do IGA. A substituição deverá ser feita quando a profundidade do IGA ultrapassar 0,5 mm. O titânio Grau 2 não é recomendado para formulações ácidas onde HF > 3% ou temperaturas > 50 graus. Deve ser fornecido grau 7 (resistência IGA 2-3 vezes mais forte) ou Hastelloy C-276. Peça tubos recozidos com tamanho de grão fino (ASTM 7-8, 20-25 µm) ao comprar, pois possui taxas de IGA mais baixas do que o material de grão grosso.