Fissuració per corrosió sota tensió provocada per clorurs: per què es fissuren les aleacions 316L i les duplex hi resisteixen

La fissuració per corrosió sota tensió provocada pels clorurs, o FCTC, es produeix quan coincideixen tres condicions: una tensió de tracció contínua, la presència de clorurs i una temperatura superior a uns 60 graus Celsius. En aquestes condicions, les classes austenítiques estàndard, com ara la 304L i la 316L, poden fissurar-se sobtadament i de manera catastròfica, tot i que la superfície mostra només una corrosió general molt lleu; en canvi, les classes duplex com la 2205 i la 2507, així com els acer inoxidable totalment ferrítics, resisteixen molt millor la fissuració. La variable determinant és la microestructura: la fase austenítica contínua de la 316L és intrínsecament susceptible, mentre que l’estructura duplex de dues fases interromp la propagació de les fissures.

El mecanisme de tres potes
El CSCC sovint es descriu com una cadira de tres potes, i trencar-ne qualsevol pota impedeix la fissuració. La primera pota és la tensió de tracció, ja sigui una càrrega de servei aplicada o, més sovint, tensions residuals bloquejades per la soldadura, la doblegada en fred o la conformació; les tensions residuals a prop d’una soldadura poden arribar a aproximar-se a la resistència al límit elàstic del material sense cap càrrega externa. La segona pota és un medi que conté clorurs, i el llindar pot ser sorprenentment baix, perquè els clorurs es concentren sota sediments, en escletxes i sota aïllaments a mesura que l’aigua s’evapora. La tercera pota és la temperatura; la susceptibilitat augmenta de forma pronunciada per sobre d’uns 60 graus Celsius, fet pel qual les canonades calentes, les canonades amb traçat de vapor i l’equipament sota aïllament tèrmic són llocs clàssics de fallada. Quan les tres condicions coexisteixen, les fissures comencen en picades o defectes superficials i es propaguen com a xarxes fines i ramifications, sovint transgranulars, que poden penetrar una paret en matter de setmanes. Com que la superfície normalment mostra gairebé cap corrosió generalitzada, el CSCC sovint no dona cap avís visible abans d’una fuita a través de la paret o d’una ruptura sobtada, i això és el que el fa tan perillos en serveis pressuritzats.

Per què les classes austenítiques són susceptibles
La vulnerabilitat dels acers inoxidables 304L i 316L prové de la seva estructura completament austenítica, de tipus cúbica amb cares centrades, i del seu contingut en níquel, que oscil·la entre aproximadament l’8 i el 12 per cent. L’experiència i les dades de laboratori mostren que els acers inoxidables austenítics són especialment susceptibles a la corrosió per esquerdes en presència de clorurs (CSCC) just en aquest rang intermedi de níquel, on la pel·lícula passiva es deteriora localment i una esquerda troba un camí austenític continu per seguir. Amb una única fase contínua, un cop comença una esquerda no hi ha cap barrera metal·lúrgica que la ralentitzi, de manera que les avaries solen ser ràpides i donen poca advertència. El molibdè, com en el cas del 316L, millora la resistència a la picadura i retarda modestament la iniciació de les esquerdes, però no modifica la susceptibilitat austenítica fonamental, la qual cosa explica per què el 316L continua esquerdant-se en serveis amb clorurs a temperatura elevada.

Taula: Comportament relatiu davant la CSCC

Per què el duplex resisteix
Les acerols inoxidables duplex resisteixen la corrosió per fissuració sota tensió provocada per clorurs (CSCC) perquè aproximadament la meitat de la seva estructura és ferrita, que té una xarxa cúbica centrada en el cos i és intrínsecament molt més resistente a la fissuració per clorurs que l’augmentita. En una microestructura duplex, una fissura que comença en una illa d’augmentita ràpidament troba un gra de ferrita que la frena o desvia, de manera que no hi ha cap camí continu de propagació com el que condueix a la fallada de l’acer 316L. La menor quantitat de níquel i la major quantitat de crom i molibdè presents en les qualitats duplex també generen una pel·lícula passiva més estable. El resultat pràctic és un augment significatiu de la temperatura i del nivell de clorurs que es poden suportar abans que la fissuració es converteixi en un risc: mentre que l’acer 316L pot quedar limitat a temperatures moderades en serveis amb clorurs, les qualitats 2205 i 2507 amplien considerablement l’interval d’operació segura, fet pel qual són la millora estàndard per a aigües residuals calentes, aigües salobres i canonades de processos amb clorurs. No obstant això, la resistència duplex no és il·limitada; a temperatures molt altes i concentracions elevades de clorurs, fins i tot les qualitats duplex poden acabar fissurant-se, però el llindar es desplaça cap amunt deu o vint graus, normalment prou per traslladar una aplicació des d’un risc crònic de fallada cap a un entorn d’operació segur.

Condicions llindar i reconeixement del risc
No hi ha cap llindar universal únic, però existeixen directrius útils. Per a les austenítiques 304 i 316, el risc de corrosió per esquerdes en presència de clorurs (CSCC) augmenta bruscament per sobre d’uns 60 graus Celsius quan coexisteixen clorurs i tensió de tracció; per sota d’aquesta temperatura, aquests tipus d’acer inoxidable s’utilitzen habitualment en entorns amb clorurs amb una fiabilitat acceptable. Un cas especial notori és la corrosió sota aïllament, on l’aigua de pluja que conté clorurs impregna l’aïllament de canonades calentes, evapora i concentra els clorurs fins a diverses vegades el nivell general just a la superfície metàl·lica, provocant esquerdes en tuberies que, segons la química del procés únicament, es considerarien segures. Reconèixer aquestes condicions — superfícies càlides, aïllament, escletxes, concentració per evaporació i tensions residuals de soldadura — és el primer pas per prevenir la fallada.

Estratègies de prevenció
La prevenció eficaç ataca una o més fases del mecanisme. La mes fiable és una millora del grau: substituir l’acer inoxidable 316L per 2205 o 2507 elimina la susceptibilitat metal·lúrgica, en lloc de limitar-se a gestionar l’entorn; aquesta és la solució estàndard per a serveis calents amb clorurs. Quan el grau és fix, reduir l’esforç de tracció ajuda: un recuit de solució post-soldadura o un tractament de relaxació de tensions redueix les tensions residuals, i els canvis de disseny que eviten concentracions de tensió minimitzen la força motriu. El control de l’entorn és la tercera via: mantenir baixos els clorurs a la superfície, eliminar les zones de brancament i les zones estagnades on es concentren els clorurs, triar sistemes d’aïllament i revestiments que drenin l’aigua i mantenir la temperatura per sota del llindar de susceptibilitat, quan sigui possible. També importen els detalls de fabricació, ja que el ferro emmotllat, les escòries de soldadura i les superfícies rugoses creen llocs d’iniciació; la passivació i la decapació després de la fabricació restitueixen una pel·lícula passiva neta i uniforme i eliminen el ferro lliure que, altrament, provocaria picades i fissuracions. La verificació del material rebut mitjançant identificació positiva del material, anàlisi química i proves mecàniques i de corrosió confirma que la canonada instal·lada és realment el grau resistent especificat. Combinant el grau adequat, tensions controlades i un entorn gestionat, la CSCC deixa de ser un perill imprevisible per convertir-se en un mode de fallada ben conegut i evitable.

Preguntes freqüents
P: A quina temperatura esdevé vulnerable l’acer inoxidable 316L a la corrosió per tensió en presència de clorurs (SCC)?
R: El risc augmenta bruscament per sobre d’uns 60 graus Celsius quan hi ha tant clorurs com tensió de tracció; per sota d’aquesta temperatura, les calitats austenítiques s’utilitzen àmpliament en serveis amb clorurs.
P: Per què resisteix la microestructura duplex la fissuració millor que la del 316L?
R: La seva microestructura és aproximadament un 50 % ferrítica, una fase intrínsecament resistenta a la corrosió per tensió en presència de clorurs, i interromp el camí continu austenític que permet la propagació de fissures al 316L.

Enfronteu-vos al risc de corrosió per tensió en presència de clorurs? Actualitzeu-vos a tubs duplex o superduplex de Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/