Resistenza alla corrosione dell'Incoloy 825 nell'acido solforico: curve di corrosione iso-e limiti di concentrazione

Introduzione

L'acido solforico è uno dei prodotti chimici industriali più utilizzati al mondo ed è anche uno degli acidi più complessi contro cui selezionare un materiale, perché il suo carattere corrosivo cambia effettivamente con la concentrazione. Secondo il distributore di leghe Langley Alloys, la lega INCOLOY 825 è stata introdotta sul mercato nel 1952, costruita specificamente sulla base della lega 800 con aggiunte di rame per migliorare la resistenza agli acidi riducenti come l'acido solforico - un'affermazione coerente con la descrizione di Special Metals Corporation del ruolo metallurgico del rame oggi nella lega.

Questo articolo si basa direttamente sui dati sulla corrosione acquosa di Special Metals Corporation - sulla tabella di iso-corrosione del produttore per la lega 825 in acido solforico, sui risultati pubblicati dei test di corrosione in fabbrica e sulle classifiche comparative rispetto ad altre leghe di nichel - per fornire un quadro chiaro e quantificato esattamente dove regge la resistenza all'acido solforico della lega 825, dove diminuisce e quando dovrebbe essere un materiale con una lega superiore- specificato invece.

Cosa conferisce alla lega 825 la sua resistenza all'acido solforico?

La resistenza della lega 825 all'acido solforico deriva da una combinazione specifica di elementi di lega: nichel e molibdeno resistono all'acido riducente presente a concentrazioni da basse-a-moderate, il cromo resiste all'acido ossidante presente ad alte concentrazioni e il rame - l'aggiunta che definisce la lega - mira specificamente a ridurre l'attacco dell'acido solforico e fluoridrico che il nichel e il molibdeno da soli non affrontano completamente.

L'acido solforico non si comporta come un unico corrosivo uniforme. Secondo il manuale sulla corrosione acquosa di Special Metals, l'acido solforico si sta riducendo in concentrazioni fino a circa il 25%; al di sopra comincia ad assumere caratteristiche ossidanti; e acido concentrato superiore all'87% in peso a temperatura ambiente - il grado commerciale più comune - è completamente ossidante. Ciò significa che una singola lega deve resistere a due diversi meccanismi di corrosione a seconda del punto dell'intervallo di concentrazione in cui opera, e la selezione della lega deve tenere conto di entrambi.

La guida generale di Special Metals sugli elementi di lega è diretta sul ruolo di ciascun elemento. Il nichel migliora la resistenza agli acidi riducenti e alle sostanze caustiche. Il molibdeno migliora la resistenza agli acidi riducenti e alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale negli ambienti contenenti cloruro. Il cromo migliora la resistenza agli agenti corrosivi ossidanti. Il rame migliora la resistenza agli acidi riducenti - in particolare all'acido solforico e fluoridrico non aerato - e le aggiunte di rame specifiche alle leghe di nichel-cromo-molibdeno-ferro sono descritte come in grado di fornire una migliore resistenza agli acidi cloridrico, fosforico e solforico. La lega 825 contiene circa il 38–46% di nichel, il 19,5–23,5% di cromo, il 2,5–3,5% di molibdeno e l'1,5–3,0% di rame sono calibrati per coprire sia il regime riducente che quello ossidante dell'acido solforico all'interno di un'unica lega saldabile e stabilizzata al titanio-.

Cosa mostra effettivamente il grafico dell'iso-corrosione della lega 825 nell'acido solforico?

La tabella di iso-corrosione di Special Metals per la lega 825 in acido solforico divide il campo di concentrazione-rispetto-temperatura in tre fasce di velocità di corrosione- - sotto 5 mpy, da 5 a 20 mpy e oltre 20 mpy - e la zona utilizzabile della lega ("ottima resistenza") copre la maggior parte concentrazioni da basse-a-intermedie a temperature moderate, che si restringono bruscamente quando sia la concentrazione che la temperatura si avvicinano alla curva del punto di ebollizione-.

Un grafico di iso-corrosione traccia la velocità di corrosione in funzione di due variabili contemporaneamente: - concentrazione dell'acido (asse orizzontale, 0–100% in peso) e temperatura (asse verticale, dall'ambiente fino al punto di ebollizione dell'acido a ciascuna concentrazione). Le linee sul grafico collegano punti con uguale velocità di corrosione, motivo per cui sono chiamate linee iso-corrosione (stessa-corrosione). Leggerne uno è semplice: trova la temperatura di processo sull'asse verticale e la concentrazione di acido sull'asse orizzontale; la zona in cui cade il tuo punto indica la fascia di velocità di corrosione prevista per la lega 825 ricotta in acido relativamente puro, non-contaminato.

Fonte: Special Metals Corporation, High-Leghe ad alte prestazioni per la resistenza alla corrosione acquosa (Aqueous Corrosion Handbook), Figura 2 - Iso-tabella della corrosione per la lega INCOLOY 825 in acido solforico.

Special Metals dichiara direttamente il campo operativo pratico della lega invece di richiedere al lettore di interpolare la tabella a occhio. In base ai risultati dei test e all'esperienza di servizio, la lega 825 dovrebbe avere un'ottima resistenza (sotto i 5 mpy) in soluzioni di acido solforico tra il 40% e l'80% di concentrazione in peso a 120 gradi F (50 gradi). La stessa pubblicazione rileva che la resistenza della lega si estende attraverso l'intero intervallo di concentrazione a temperature fino a 150 gradi F (65 gradi) e fino al 78% di concentrazione a 176 gradi F (80 gradi).

Il produttore è attento ad aggiungere un avvertimento importante direttamente accanto a questi dati: gravi deviazioni da questo comportamento possono verificarsi in presenza di contaminanti, che sono comuni negli acidi di forza intermedia-nei processi chimici reali - un promemoria che i grafici di iso{2}}corrosione descrivono acidi di laboratorio puri o quasi-puri, non necessariamente le condizioni dell'impianto.

Fonte: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, testo della sezione Acido solforico che accompagna la Figura 2.

Come si confrontano i tassi di corrosione reali delle piante con il grafico della corrosione Iso-?

I tassi effettivi di corrosione sul campo per la lega 825 nei servizi industriali con acido solforico e acidi misti- sono, nella grande maggioranza dei casi documentati, molto al di sotto della già-soglia conservativa di 5 mpy - spesso di uno o due ordini di grandezza - perché la maggior parte dei processi reali funziona con una gravità effettiva inferiore rispetto alle condizioni di laboratorio dell'-acido puro utilizzate per costruire il grafico dell'iso{7}}corrosione.

Special Metals pubblica una tabella nutrita dei risultati dei test di corrosione sul campo-per la lega 825 in un'ampia varietà di ambienti reali con acido solforico e impianti con acido misto-, molti dei quali sono riprodotti di seguito. Lo schema è coerente: anche gli acidi con un intervallo di concentrazione compreso tra il 40 e il 90% e oltre, a temperature ben al di sopra dell'ambiente, spesso restituiscono tassi di corrosione inferiori a 1 mpy in servizio - un utile promemoria che il diagramma di corrosione iso- è uno strumento di screening conservativo per la selezione dei materiali, non un predittore preciso del tasso di corrosione di un impianto specifico.

Fonte: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Tabella 4 - Test di corrosione sugli impianti della lega INCOLOY 825 in soluzioni di acido solforico e misto (selezione abbreviata).

Due voci meritano di essere segnalate in particolare perché illustrano un punto veramente utile, ma non-ovvio: nella soluzione detergente al 20% di acido più il 4% di bicromato di sodio, la velocità di corrosione (19 miglia nautiche) si trova proprio al limite della banda di "resistenza utile" nonostante una concentrazione di acido relativamente diluita, perché il dicromato è un sale fortemente ossidante che reagisce con una chimica della lega sintonizzata in parte per ridurre il servizio acido-. Questa è una dimostrazione diretta e reale del-mondo reale del carattere riducente/ossidante dipendente dalla concentrazione, discusso sopra. - L'acido diluito non è automaticamente un acido debole una volta aggiunti i contaminanti ossidanti.

Come si confronta la lega 825 con le altre leghe di nichel nell'acido solforico?

Nell'acido solforico diluito (concentrazione inferiore al 50%), la lega 825 è essenzialmente legata per la migliore resistenza tra la linea di leghe di nichel di Special Metals, insieme alla lega INCONEL 686 e alla lega INCONEL G-3; in acido concentrato (oltre il 50%), la lega 825 è dietro al molibdeno più alto, alle leghe 686, C-276, 622 e 625 con il cromo più alto, in quest'ordine.

Special Metals classifica direttamente la resistenza all'acido solforico delle sue leghe utilizzando la linea di corrosione iso- di 20 mpy (0,51 mm/a) come base di confronto, poiché è più facile classificare una soglia di valore singolo- tra più leghe rispetto al confronto di grafici completi. Le classifiche differiscono in modo significativo a seconda del lato della transizione riducente/ossidante dell'acido solforico su cui cade l'applicazione -, il che è di per sé una scoperta utile e onesta: nessuna singola lega in questa famiglia è incondizionatamente "la migliore" nell'intero intervallo di concentrazione.

Fonte: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Figura 4 - Comportamento comparativo delle leghe Ni-Cr-Mo in acido solforico (riepilogo della corrosione iso-20 mpy).

The practical takeaway for a buyer: alloy 825 is frequently the most cost-effective adequate choice for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty, since it matches the resistance of considerably more expensive, higher-molybdenum alloys like 686 in that range. Once a process moves into concentrated (>50%), alta-temperatura, acido ossidante - o una volta presente una significativa contaminazione da cloruri - i gradi più-legati e con costi più elevati- guadagnano il loro premio.

Cosa succede quando i cloruri sono presenti nel flusso di acido solforico?

La lega 825 tollera notevolmente bene l'esposizione intermittente o moderata al cloruro nell'acido solforico - comprese le aggiunte di salgemma-utilizzate nelle operazioni di decapaggio - ma per l'esposizione continua e completamente sommersa all'acido solforico contaminato da cloruro-, la letteratura di Special Metals consiglia di passare a una lega di molibdeno di livello superiore-come C-276, 622, 625 o 686.

Special Metals afferma chiaramente questa distinzione: nelle applicazioni in cui sono presenti cloruri, come aggiunte di salgemma ai bagni di decapaggio solforico, la lega INCOLOY 825 ha fornito un servizio eccellente e la presenza di sali ossidanti diversi dal cloruro è effettivamente vantaggiosa per la resistenza della lega.

Tuttavia, nelle applicazioni in cui l'esposizione è continuamente immersa in condizioni di-contaminazione da cloruro, sono necessarie le-leghe di molibdeno -leghe INCONEL C-276, 622, 625 o 686 - di livello superiore. Ciò è coerente con il ruolo generale del molibdeno in questa famiglia di leghe: migliora specificamente la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale in ambienti contenenti cloruro, e il contenuto di molibdeno del 2,5–3,5% della lega 825, sebbene sufficiente per un'esposizione intermittente, è inferiore al 9–16% riscontrato nelle "superleghe" Ni-Cr-Mo costruite per il servizio continuo del cloruro.

• L'esposizione intermittente o a basso livello- al cloruro in servizio con acido solforico - lega 825 è generalmente adeguata.
• Aggiunte di salgemma o cloruro simili nella chimica del bagno di decapaggio-- documentate come servizio eccellente per la lega 825.
• L'esposizione continua e completamente immersa in acido solforico contaminato da cloruro-- specifica invece una lega di molibdeno superiore- (C-276, 622, 625 o 686).

Qual è la composizione chimica completa di Incoloy 825?

La lega 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) è specificata con 38,0–46,0% di nichel, 19,5–23,5% di cromo, 22,0% di ferro minimo, 2,5–3,5% di molibdeno, 1,5–3,0% di rame e 0,6–1,2% di titanio, con carbonio limitato allo 0,05% per limitare rischio di sensibilizzazione.

Fonte: Special Metals Corporation, bollettino tecnico della lega 825 INCOLOY (Tabella 1 - Composizione chimica limite), verifica incrociata- con la scheda tecnica della striscia INCOLOY lega 825 pubblicata da Elgiloy Specialty Metals.

Il basso livello di carbonio (0,05% massimo) combinato con la stabilizzazione del titanio è ciò che consente alla lega 825 di essere utilizzata nella condizione come-saldata senza una ricottura obbligatoria post-in soluzione di saldatura nella maggior parte dei servizi. - Il titanio lega il carbonio preferenzialmente come carburo di titanio, proteggendo i bordi dei grani dalla sensibilizzazione guidata dal-carburo-di cromo che affligge i non-stabilizzati acciai inossidabili austenitici. Si tratta di un notevole vantaggio in termini di fabbricazione e di costi rispetto agli acciai inossidabili della serie 300-in ambienti acidi, dove il trattamento termico post-saldatura è spesso inevitabile.

Quando dovresti specificare la lega 825 rispetto a un'opzione di lega-superiore per il servizio di acido solforico?

Specify alloy 825 for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty up to roughly 80% concentration at moderate temperatures, or for mixed-acid and pickling environments with intermittent chloride content; move up to a Ni-Cr-Mo alloy (622, 625, C-276, or 686) for concentrated, high-temperature, continuously chloride-contaminated, or otherwise aggressive sulfuric acid duty where alloy 825's iso-corrosion chart shows the 5–20 mpy or >20 bande MPY.

Tubazioni e recipienti per processi di acido solforico diluito e intermedio in lega 825 -; bagni di decapaggio con acido solforico, compresi quelli con aggiunta intermittente di salgemma-o simili cloruri; correnti miste di acido solforico/fosforico; apparecchiature generali per la produzione di acido e il controllo dell'inquinamento-; ritrattamento del combustibile nucleare e gestione dei rifiuti radioattivi, dove la storia dell'825 nei processi di dissoluzione di tipo Sulfex- è ben documentata.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), acido solforico caldo; immersione continua in acido solforico contaminato da cloruro-; servizi in cui il grafico dell'iso-corrosione dell'825 mostra la combinazione acido/temperatura che si trova sopra la linea di 5 mpy.

Lega INCOLOY 25-6MO - un'alternativa inossidabile super-austenitica che vale la pena valutare specificamente per diluiti (<10% at boiling, up to 50% at 140°F/60°C) sulfuric acid contaminated with chlorides, where its 6% molybdenum content gives it an edge over alloy 825 under crevice conditions.

Una nota di approvvigionamento che vale la pena affermare chiaramente: il grafico dell'iso-corrosione descrive il comportamento in acidi relativamente puri o leggermente miscelati in condizioni di laboratorio. La stessa Special Metals avverte che possono verificarsi gravi deviazioni in presenza di contaminanti comuni ai processi chimici reali. Prima di finalizzare la selezione del materiale per un flusso di processo specifico, richiedi o esegui test di corrosione nel fluido di processo effettivo anziché fare affidamento solo sulla tabella di iso-corrosione per un'applicazione limite.

Domande frequenti

Q: Qual è la concentrazione massima di acido solforico che la lega 825 può gestire?

A: Dipende interamente dalla temperatura. A temperature fino a 150 gradi F (65 gradi), la lega 825 mantiene un'ottima resistenza (<5 mpy) across the full concentration range, 0–100%. As temperature rises toward the boiling point, the safe concentration window narrows - at 176°F (80°C) it extends to about 78% concentration, and at boiling temperature it is generally limited to lower concentrations, below roughly 40%.

Q: Perché il rame aiuta specificamente con la resistenza all'acido solforico?

A: Le aggiunte di rame alle leghe di nichel-cromo-molibdeno-ferro sono documentate da Special Metals per migliorare la resistenza specificatamente agli acidi riducenti - solforico, fosforico e cloridrico - un meccanismo distinto dal ruolo del cromo nella resistenza agli acidi ossidanti. Poiché la concentrazione dell'acido solforico si riduce al di sotto del 25% circa e si ossida al di sopra del 50% circa, il rame e il cromo dividono effettivamente l'intervallo di concentrazione tra loro all'interno della composizione della lega 825.

Q: La lega 825 necessita di un trattamento termico post-saldatura prima dell'uso in servizi con acido solforico?

A: Generalmente no. La lega 825 è stabilizzata contro la sensibilizzazione grazie all'aggiunta di titanio, che ne consente l'utilizzo nella-condizione saldata nella maggior parte dei servizi senza una ricottura obbligatoria post-in soluzione di saldatura - un vantaggio rispetto agli acciai inossidabili austenitici non-stabilizzati, che in genere richiedono un trattamento termico per ripristinare la resistenza alla corrosione intergranulare dopo la saldatura.

Q: La lega 825 o una lega Ni-Cr-Mo come la 625 è la scelta economica migliore per l'acido solforico?

A: Per l'acido solforico diluito con una concentrazione inferiore al 50% circa, la lega 825 offre una resistenza sostanzialmente uguale a quella di leghe considerevolmente più costose come INCONEL 686, rendendola la scelta più conveniente-in tale intervallo. Al di sopra della concentrazione del 50%, o con una contaminazione continua da cloruro, le leghe di molibdeno più elevate- superano la lega 825 in modo sufficientemente significativo da giustificare il costo aggiuntivo.

Q: È possibile utilizzare la lega 825 dove sono presenti sia acido solforico che cloruri?

A: Sì, in molti casi - Special Metals documenta un servizio eccellente per la lega 825 in bagni di decapaggio solforico con aggiunte di salgemma (cloruro). La cautela si applica in particolare all'esposizione continua e completamente sommersa all'acido solforico contaminato da cloruro-, per cui è invece consigliata una lega di molibdeno di livello superiore-.