Cracagem por corrosão por estresse de cloreto em aço inoxidável: temperatura, estresse e seleção de grau

Stainless steel equipment that has performed without visible corrosion for years can develop cracking that propagates through the material cross-section while the surrounding surface appears essentially unaffectedTrata-se de craqueamento por corrosão por tensão por cloreto (Cl-SCC) – um mecanismo de falha distinto do de fenda, corrosão por fendas e corrosão geral.Não requer um ácido agressivo ou imersão contínua- requer a presença simultânea de três condições: um material sensível, um ambiente que contenha cloreto,e tensão de tração todos dentro de um intervalo de temperatura em que o mecanismo está ativo.

A consequência prática para a aquisição e a engenharia é que a selecção de um grau com uma resistência adequada ao furamento (PREN elevada) não proporciona automaticamente uma resistência adequada ao SCC.com teor de molibdênio, resiste melhor que o 304 a furos em ambientes de cloreto mas, como um aço inoxidável austenítico, permanece suscetível ao cloreto SCC em condições de temperatura elevada,tensão de tração suficienteEste guia explica o mecanismo, o papel da temperatura e da tensão, a diferença entre os graus austeníticos e duplex na resistência ao CCS,e como selecionar o grau correto para condições de serviço de cloreto.

1Comparação rápida: Graus de aço inoxidável e risco de SCC do cloreto

Informações fundamentais sobre aquisições:A resistência ao furamento (medida pelo PREN) e a resistência ao SCC são propriedades relacionadas, mas distintas.mas a resistência SCC de um grau austenítico como 316L é limitada pela sua estrutura cristalinaA diferença estrutural fundamental entre os tipos austeníticos (304, 316) e os tipos duplex (2205,2507) é o que proporciona a melhoria da mudança de passo na resistência ao cloreto SCCUma PREN elevada num grau austenítico não o torna equivalente a um grau duplex para a resistência SCC.

2- O que é a Cloreto de Corrosão de Stress Cracking?

Chloride stress corrosion cracking (Cl-SCC) is a failure mechanism in which cracks initiate and propagate through a stainless steel component under the combined action of a corrosive environment (containing chlorides) and sustained tensile stressAo contrário da corrosão geral, que envolve perda progressiva de metal,SCC envolve rachaduras que podem se propagar através da seção transversal do material com produto de corrosão visível mínimo e sem redução significativa da espessura da parede.

As Três Condições Requeridas

Cloreto SCC requer a presença simultânea de três fatores.

1. Material suscetível:Os aços inoxidáveis austeníticos (série 300) são suscetíveis ao cloreto SCC devido à sua estrutura cristalina cúbica centrada na face.A sensibilidade é inerente à estrutura austenítica e é a razão pela qual 316LApesar do seu teor de molibdênio e do seu PREN mais elevado, as qualidades duplex, com a sua microestrutura mista ferrítica-austenítica, têm uma resistência inerentemente mais elevada.
2. Ambiente que contenha cloreto:As fontes de cloretos incluem a água do mar e a atmosfera marinha, o salino costeiro e os depósitos de cloreto transportados pelo vento, a água de arrefecimento e a água de processo com teor de cloreto, soluções de processamento químico,produtos químicos de limpeza e desinfetantes (escaldantes, hipoclorito), e até mesmo transpiração em corrimões e superfícies arquitetônicas em ambientes de piscinas interiores.
3. Tensão de tração:A tensão pode ser aplicada (de pressão interna, aperto do parafuso, expansão térmica) ou residual (de solda, moldagem a frio, dobra, usinagem).As tensões de tração residuais resultantes da solda são particularmente significativas porque podem aproximar-se da resistência de rendimento do material e estão presentes sem qualquer carga externa.

Consequência prática:Mesmo um grau corretamente especificado pode falhar com o CCS do cloreto se a fabricação introduz um alto esforço de tração residual que não é posteriormente aliviado,ou se a temperatura de funcionamento exceder o limiar SCC para a concentração específica de cloretoA selecção do grau, o desenho e a fabricação devem todos abordar o risco de SCC. Nenhum dos três é suficiente.

Como o SCC difere de outros mecanismos de corrosão

• Corrosão por furos:Cavidades localizadas que formam perdas de metal; impulsionadas pela quebra passiva do filme; não requer tensão de tração.O SCC propaga rachaduras através da parede com perda mínima de metal.
• Corrosão de fissuras:Ataque localizado dentro de espaços blindados; impulsionado pelo esgotamento de oxigênio e acidificação; não requer estresse de tração.
• Cloreto de potássio:Cracagem por exposição combinada a cloreto e tensão de tração. Pode ocorrer sem fossação prévia e com corrosão mínima visível.O caminho de rachadura é tipicamente transgranular em aços inoxidáveis austeníticos passando através dos grãos em vez de ao longo dos limites dos grãos.

3Efeito da temperatura sobre o CCS do cloreto

A temperatura é a variável ambiental mais significativa que afeta a sensibilidade ao CCS do cloreto, depois da própria concentração do cloreto.O risco de SCC aumenta com a temperatura porque as temperaturas elevadas aceleram a mobilidade dos íons cloreto, aumentar a taxa de reações eletroquímicas na ponta da rachadura, e pode aumentar a concentração de cloreto na superfície do metal através da evaporação de água que contém cloreto.

• Serviço de ambiente e de baixa temperatura:A temperaturas ambientais (abaixo de aproximadamente 50°C), o cloreto SCC de aços inoxidáveis austeníticos é incomum na maioria dos ambientes práticos.Equipamento costeiro ao ar livre em 316L que permanece à temperatura ambiente normalmente não apresenta CCS do cloreto, embora a corrosão por fendas e fissuras continuem a ser riscos dependendo da deposição de cloreto e da condição da superfície.
• Serviço de temperatura elevada:À medida que a temperatura sobe acima de 60°C aproximadamente, o risco de CCS de cloreto em graus austeníticos aumenta progressivamente,Especialmente quando os cloretos podem concentrar-se através da evaporação em superfícies aquecidasOs equipamentos que operam a 80°C a 100°C com exposição a cloretos representam um risco significativamente mais elevado de SCC do que os mesmos equipamentos a temperatura ambiente.
• Concentração de cloreto por evaporação:Uma condição particularmente perigosa ocorre quando a água que contém cloreto molha intermitentemente uma superfície quente.deixando para trás depósitos de cloreto que se concentram cada vez mais a cada ciclo húmido-secoA concentração de cloreto em massa pode ser baixa, mas a concentração de cloreto na superfície metálica sob o depósito pode atingir níveis muito elevados.

Implicações para a aquisição e o projeto:O efeito combinado da temperatura e da concentração de cloreto determina o risco de SCC.e o intervalo de funcionamento aceitável para um determinado grau depende do ambiente específicoUm grau que forneça uma resistência adequada à SCC para a exposição ao ambiente costeiro pode não ser adequado para o mesmo nível de cloreto a 80 °C.Quando o equipamento operar a temperaturas elevadas em ambientes que contenham cloreto, a selecção do grau deve ter em conta o risco aumentado de CCS e devem ser avaliadas as classes duplex ou de liga superior.

4Efeito do esforço e da fabricação no CCS do cloreto

O estresse de tração é o terceiro fator essencial para o CCS do cloreto. A magnitude e a fonte do estresse influenciam significativamente se o CCS inicia e a rapidez com que as rachaduras se propagam.Os processos de fabrico são uma fonte comum de tensões de tração que nem sempre são reconhecidas nas especificações dos materiais:

Estresse residual da solda

A soldagem introduz tensões de tração residuais no metal de soldagem e na zona afetada pelo calor (HAZ) à medida que o material se contrai durante o resfriamento.Estas tensões podem aproximar-se da resistência de rendimento do material e estão presentes sem qualquer carga de serviço aplicadaO alívio das tensões pós-soldas por recozimento por solução pode reduzir estas tensões, mas nem sempre é prático para grandes fabricações e pode não ser especificado se o risco de SCC não for reconhecido.

Trabalho a frio e moldagem

A flexão a frio, a formação, o endireitamento e a usinagem introduzem tensões residuais e também podem aumentar a suscetibilidade da região trabalhada a frio ao SCC.A combinação de tensão de tração residual e uma microestrutura trabalhada a frio pode ser particularmente suscetívelAs curvas trabalhadas a frio em tubos de aço inoxidável austenítico que operam em serviço de cloreto quente são um local conhecido propenso a SCC.

Estresse Relacionado ao Design

Características de projeto que concentram a tensão: ângulos afiados, alterações bruscas de secção, soldas de penetração incompletas,e ligações roscadas sob carga Os fatores de concentração de tensão devem ser tidos em conta em condições de serviço sensíveis ao SCC e o projecto deve evitar aumentadores de tensão desnecessários.

5. 316L versus aço inoxidável duplex para resistência ao cloreto SCC

A questão de aquisição mais comum na prevenção de SCC de cloreto é se se deve manter com 316L ou atualizar para um grau duplex.e a consequência do fracasso:

Lógica de selecção:O 316L é adequado para o serviço de cloreto a temperaturas ambientais onde as tensões de tração são moderadas e bem controladas.Quando a temperatura de funcionamento exceder aproximadamente 60°C e estiverem presentes cloretos, ou quando for inevitável uma elevada tensão de tração residual resultante da solda ou do moldagem, deve ser avaliado o duplex 2205.,Água quente de mar, correntes químicas agressivas ¢ super duplex 2507 fornece a maior resistência à SCC entre os tipos comuns de inoxidáveis.

A atualização do 316L para o duplex 2205 representa uma mudança gradual na resistência ao SCC, não uma melhoria incremental.O custo mais elevado do material duplex deve ser avaliado em função do custo da falha do SCC no serviço específico para os equipamentos críticos em que a falha provoca perdas de produçãoPara serviços não críticos de temperatura ambiente, o 316L continua a ser a escolha comercial adequada.

6Métodos de prevenção: material, estresse, design e superfície

A prevenção da CCS do cloreto requer abordar todos os três fatores contribuintes: material, ambiente e estresse através de uma abordagem integrada:

Seleção de material

• Selecionar o grau com base no envelope combinado cloreto-temperatura-stress:316L pode ser adequado para serviço de cloreto a temperatura ambiente. Duplex 2205 deve ser avaliado para serviço de cloreto a temperatura elevada. Super duplex 2507 para condições severas.O grau deve ser selecionado para a temperatura máxima de funcionamento, não a temperatura normal de funcionamento.
• Não utilizar PREN isolado para a selecção de materiais SCC:A PREN mede a resistência a furos, não a resistência ao SCC.a característica estrutural (austenítica versus duplex) é o principal fator de resistência SCC.

Redução do estresse

• Relief de tensão pós-soldas:Para as classes austeníticas, o recozimento em solução após a soldagem dissolve as tensões residuais e restaura a microstrutura.Esta é a redução de tensão mais eficaz para fabricações soldadas em serviço sensível a SCC.
• Trabalho a frio de controlo:Minimizar a formação a frio desnecessária em aplicações sensíveis ao SCC.
• Evitar a carga excessiva do parafuso:Os desenhos de flange e de pinça com parafusos devem aplicar a tensão mínima necessária para a vedação, não o máximo que o sujeidor pode fornecer.

Melhoria do projeto

• Elimine as armadilhas de cloreto:Evite superfícies horizontais, pernas mortas e bolsões onde a água que contém cloreto possa se acumular e se concentrar por evaporação.
• Evitar zonas estagnadas:As condições de estagnação permitem que os cloretos se concentrem, mantêm o fluxo nas tubulações e asseguram uma drenagem completa quando o equipamento é desligado.
• Reduzir as concentrações de stress:Usar raios de filete generosos, evitar mudanças bruscas de secção e especificar soldagens de penetração total em preferência a soldagens de penetração parcial ou de filete em locais sensíveis ao SCC.

Tratamento e manutenção da superfície

• Decantação e passivação:Remover a cor do calor da solda, a contaminação da superfície e as partículas de ferro incorporadas.
• Remover depósitos de cloreto:A lavagem regular de superfícies de aço inoxidável expostas à deposição de cloreto (atmosferas costeiras, arrefecimento por evaporação) remove o cloreto antes de poder ser concentrado.A lavagem com água doce de aço inoxidável para exterior é uma medida simples e eficaz de prevenção de SCC.
• Evite produtos químicos de limpeza que contenham cloreto:Os produtos de limpeza à base de alvejante (hipoclorito de sódio) e ácido clorídrico não devem ser utilizados em equipamentos de aço inoxidável que funcionem a temperaturas elevadas.

7Guia de selecção de candidaturas

A lógica de seleção é determinada pelo envelope combinado de cloreto-temperatura-stress do serviço, e não apenas pela concentração de cloreto.O mesmo nível de cloreto que é aceitável para 316L à temperatura ambiente pode exigir duplex 2205 a 80°CA selecção final do grau deve basear-se nas condições específicas de serviço, nos códigos aplicáveis,e avaliação de engenharia qualificada.

8Erros comuns de compra e engenharia

1Assumindo que o 316L é imune ao cloreto SCC porque tem molibdênio.O molibdênio melhora a resistência ao furamento, mas o 316L é um aço inoxidável austenítico e permanece suscetível ao cloreto SCC.O molibdênio não altera a estrutura cristalina que torna as qualidades austeníticas propensas ao SCCA atualização de 304L para 316L resolve o problema das fendas, mas não elimina o risco de SCC a temperaturas elevadas.

2Selecção de materiais por classificação de resistência à corrosão sem considerar o SCC como um mecanismo separado.A resistência à corrosão por fendas e a resistência à corrosão por fendas não são a mesma propriedade.O SCC deve ser avaliado como um mecanismo de falha distinto utilizando critérios de cloreto-temperatura-stress., não PREN sozinho.

3Ignorar o esforço residual de fabrico na selecção da qualidade do material.Um tipo duplex corretamente especificado e soldado com mau controlo do processo (excesso de calor, metal de preenchimento incorreto, sem tratamento pós-soldadura) pode não fornecer a resistência SCC esperada.A especificação dos materiais e a especificação de fabrico devem abordar o risco de SCC.Uma classe duplex especificada sem uma especificação do procedimento de solda correspondente é uma solução incompleta.

4Escolher um duplex sem confirmar a capacidade de fabricação.Os aços inoxidáveis duplex exigem procedimentos de soldagem controlados com limites específicos de entrada de calor, controle de temperatura de intervalo e metais de preenchimento adequados.Especificar duplex 2205 para um projeto sem verificar se o fabricante possui procedimentos de soldagem duplex qualificados pode resultar em soldagens com corrosão e propriedades mecânicas degradadas.

5Não especificando documentação material para verificar a qualidade e composição.Para aplicações críticas para a SCC, devem ser especificadas a designação UNS do material, a norma ASTM e a norma EN 10204 3.1 MTC.O MTC confirma que o material fornecido cumpre os requisitos de composição química da categoriaO PMI (Positive Material Identification) pode ser especificado para verificação adicional no serviço crítico.

6. Selecção de um grau para a temperatura de funcionamento normal sem considerar as condições de temperatura máxima.O risco de CCS depende da temperatura, podendo ser inadequado um grau escolhido para a temperatura normal de funcionamento se o equipamento apresentar temperaturas mais elevadas durante a partida, a desligação, as perturbações do processo,ou ciclos de limpezaA selecção do grau deve ter em conta a temperatura máxima que o equipamento irá experimentar, não a média.

9Como a Shangyou apoia o fornecimento de materiais resistentes ao cloreto

A Shaanxi Shangyou Stainless Steel Co., Ltd. fornece produtos de aço inoxidável em classes que oferecem uma gama de resistências ao cloreto e ao SCC:304/304L e 316/316L (austenítico) para utilização em ambiente e temperatura moderada, duplex 2205 e super duplex 2507 para ambientes de cloreto a temperaturas elevadas, onde a resistência ao SCC é necessária.O apoio à qualidade inclui::

• Conformidade ASTM:Produtos fornecidos em conformidade com as normas ASTM aplicáveis (A240, A312, A276, A479, A790) com verificação completa dos materiais.
• EN 10204 3.1 MTC:Composição química, incluindo o teor de cromo, níquel, molibdênio e nitrogénio documentado para verificação da resistência do SCC.
• Ensaios de PMI:Identificação positiva do material disponível mediante pedido.
• Apoio técnico:Auxílio na seleção do grau para o serviço de cloreto, compreensão da diferença entre a resistência ao furamento e a resistência ao SCC e preparação das especificações de compra.
• Documentação de exportação:Documentação completa de envio e certificação para contratos internacionais.

Fornecemos toda a gama de graus, desde o austenítico padrão até duplex e super duplex, porque o grau correto para o serviço de cloreto é determinado pelo efeito combinado da temperatura,concentração de cloreto, e tensão de tracção, não por especificação por defeito.

Perguntas Frequentes

1O que é a corrosião por tensão do cloreto em aço inoxidável?
Chloride stress corrosion cracking (Cl-SCC) is a failure mechanism in which cracks initiate and propagate through stainless steel under the simultaneous action of a chloride-containing environment and tensile stressO processo requer três condições: um material suscetível (as qualidades austeníticas são mais suscetíveis), exposição ao cloreto e estresse de tração (aplicado ou residual).Ao contrário do pitting, SCC pode se propagar através do material com corrosão mínima visível e sem perda significativa de metal.Passando através dos grãos em vez de ao longo dos limites dos grãos.

2O aço inoxidável 316L é imune ao cloreto SCC?
O n.o 316L é um aço inoxidável austenítico e permanece suscetível ao cloreto SCC em condições de temperatura suficiente, concentração de cloreto e tensão de tração.O molibdênio no 316L (~ 2%) melhora a resistência à corrosão por furos em comparação com o 304L, mas a estrutura cristalina austenítica, que é a causa raiz da susceptibilidade ao SCC, permanece inalterada.Mas a sua resistência SCC é limitada pela sua estrutura austenítica.Em temperaturas elevadas com cloreto e tensão de tração, não se deve presumir que o 316L seja imune ao SCC.

3Por que os aços inoxidáveis duplex são mais resistentes ao cloreto SCC do que os tipos austeníticos?
Os tipos duplex (2205, 2507) têm uma microestrutura mista de proporções aproximadamente iguais de austenita e ferrita.A fase de ferrite tem uma estrutura cúbica centrada no corpo que é inerentemente mais resistente ao cloreto SCC do que a estrutura cúbica de austenita centrada na faceAlém disso, a fase de ferrite atua como um bloqueador de rachaduras ∙ as rachaduras que começam na fase de austenita são interrompidas quando encontram grãos de ferrite, limitando a propagação de rachaduras.Esta característica estrutural de dupla fase é o que fornece a melhoria de mudança de passo na resistência SCC, não apenas o maior teor de liga.

4Que temperatura desencadeia o CCS do cloreto no aço inoxidável?
Não existe um limite de temperatura único; o risco de SCC aumenta progressivamente com a temperatura e depende do efeito combinado da concentração de cloreto, da magnitude do esforço de tração e do grau.A temperaturas ambientais (abaixo de aproximadamente 50°C a 60°C)No entanto, o risco de acidentes de trânsito é mais elevado quando as temperaturas ultrapassam aproximadamente 60°C.e acima de 80°C a 100°C com presença de cloretos, o risco de SCC em graus austeníticos torna-se significativo. The critical factor is the combination of chloride concentration and temperature — a low chloride level at high temperature or a high chloride level at moderate temperature can both create SCC conditions.

5Pode o CCS do cloreto ocorrer sem corrosão visível na superfície?
Sim, esta é uma das características distintivas do SCC: as rachaduras podem iniciar e propagar-se através da secção transversal do material com pouco ou nenhum produto de corrosão visível na superfície.A superfície pode parecer essencialmente intacta enquanto as rachaduras se propagam internamentePor esta razão, o SCC é particularmente perigoso em equipamentos sob pressão ̇ pode não haver aviso visível antes de ocorrer uma fuga ou ruptura.UT) de locais propensos a CCS é recomendado para equipamentos críticos em serviço de cloreto a temperatura elevada.

6Como a solda afeta o risco de SCC do cloreto?
A soldagem afeta o risco de SCC através de três mecanismos: (1) introduz tensões de tração residuais que podem aproximar-se da resistência de rendimento do material,fornecer o componente de esforço do requisito do SCC sem qualquer carga de serviço aplicada2) a zona afectada pelo calor da soldadura pode ter uma microestrutura modificada com sensibilidade SCC alterada;(3) a tensão térmica da soldadura (oxidação da superfície) indica uma camada de cromo abaixo do óxido visível, que é mais suscetível ao início da corrosão. Para o serviço sensível ao SCC, os procedimentos de soldagem devem controlar a entrada de calor e a temperatura do intervalo,deve ser considerado o recozimento da solução após a solda, e a decapagem e passivação pós-soldas devem ser especificadas como obrigatórias.

7Quando devo especificar duplex 2205 em vez de 316L para o serviço de cloreto?
Avaliação do duplex 2205 quando: a temperatura de funcionamento exceder aproximadamente 60°C com a presença de cloretos;O equipamento apresenta uma tensão de tração residual significativa resultante da soldadura ou da formação que não pode ser aliviada.- a concentração de cloreto é elevada (água de mar, fluxos de processo químico); a consequência da falha do SCC é elevada (equipamento sob pressão, sistemas de processo críticos);ou quando a maior resistência do duplex 2205 (rendimento de ~ 450 MPa) permite uma redução da espessura da secção e do peso que compensa o maior custo por quilograma de materialPara equipamentos costeiros a temperatura ambiente com tensão de fabrico bem controlada, o 316L continua a ser a escolha adequada.

8Quais são as precauções de fabrico necessárias para o aço inoxidável duplex?
Os tipos duplex exigem uma fabricação controlada para manter suas propriedades mecânicas e de corrosão.5 kJ/mm para 2205), temperatura máxima do intervalo (normalmente 150°C para 2205), metal de enchimento adequado (componência correspondente ou com liga excessiva), controlo do gás de blindagem e decapagem e passivação pós-soldas.A formação a frio de tipos duplex requer atenção para a maior resistência e menor ductilidade em comparação com os tipos austeníticosO fabricante deve ter experiência documentada com aço inoxidável duplex; a fabricação duplex não é simplesmente "soldagem de uma qualidade diferente" utilizando procedimentos padrão.

9O acabamento da superfície afeta a sensibilidade ao cloreto SCC?
O acabamento da superfície não altera a resistência SCC inerente do material, mas pode influenciar a iniciação do SCC.As superfícies mais lisas com menos rugosidade retêm menos depósitos de cloreto e fornecem menos locais de iniciaçãoA tonalidade térmica da solda, a contaminação da superfície e as partículas de ferro incorporadas são muito mais significativas do que a designação de acabamento da fábrica.O decapagem e a passivação pós-fabricação são os tratamentos de superfície críticos para a resistência ao SCCA limpeza regular de superfícies de aço inoxidável para remover depósitos de cloreto é uma medida prática de prevenção da CCS para equipamentos de exterior.

10Como se diferenciam as corrosiões por fossa, fenda e CCS por cloreto na sua abordagem de prevenção?
A prevenção de fossas é, em primeiro lugar, um problema de selecção de materiais: escolher um grau com PREN adequado para a concentração e temperatura de cloreto.A prevenção da corrosão das fissuras é principalmente um problema de concepçãoA prevenção do CCS por cloreto é um problema combinado de material-projeto-fabricação:selecionar o grau correto para a temperatura e concentração de cloreto, concebido para minimizar as concentrações de tensão e as armadilhas de cloreto, e fabricado com procedimentos controlados que minimizam a tensão de tração residual.especificar o duplex 2205 mas ignorar a tensão residual de soldagem ou o projeto de armadilhas de cloreto é uma estratégia incompleta de prevenção da SCC.