Duplex S31803 en Pulpa y Papel: Resistencia a la Corrosión en Digestores Kraft y Sulfitos

Dúplex S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0.15N) es el acero inoxidable caballo de batalla para los digestores de pulpa y papel modernos. Resiste el agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica en licor blanco Kraft hasta 180 grados C y picaduras en licor de sulfito con contaminación por cloruro, brindando una vida útil de 20 a 30 años con una prima de 30 a 50 por ciento sobre 316L pero un costo total de propiedad de 40 a 60 por ciento menor a 20 años.

¿Por qué las fábricas de pulpa y papel eligen el S31803 en lugar del 304L y el 316L para los digestores?

El S31803 reemplaza al 304L y al 316L en el servicio de digestores porque proporciona una vida útil entre 2 y 3 veces más larga con un costo de material de solo entre un 30 y un 50 por ciento mayor, al mismo tiempo que resiste tanto el agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica que destruye el 316L en los digestores Kraft como las picaduras de cloruro que atacan al 316L en los digestores de sulfito.

Los digestores de pulpa y papel son esencialmente grandes recipientes a presión que cuecen astillas de madera a alta temperatura en productos químicos agresivos. Los dos procesos dominantes, Kraft (alcalino) y Sulfito (ácido), crean dos ambientes de corrosión muy diferentes. Los grados austeníticos estándar como 304L y 316L fueron las opciones históricas, pero fallas de campo documentadas en los años 1980 y 1990 (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) mostraron que 316L sufrió grietas por corrosión bajo tensión cáustica en licor blanco Kraft a temperaturas tan bajas como 100 grados C y picaduras severas en licor de sulfito con contaminación de cloruro.

El S31803 entró en servicio de digestores a principios de la década de 1980 y desde entonces se ha convertido en el estándar de la industria para digestores nuevos y modernizaciones importantes porque su microestructura dúplex (aproximadamente 50 por ciento de ferrita, 50 por ciento de austenita) combina la resistencia al cloruro de los grados ferríticos con la dureza y facilidad de fabricación de los grados austeníticos. Las fábricas modernas informan que los digestores S31803 siguen en servicio después de 25 a 30 años con una pérdida insignificante de espesor de pared, mientras que los digestores comparables 316L requieren reparaciones importantes o reemplazo cada 10 a 15 años.

Fuente: Revista TAPPI Vol. 75, No. 3 (1992); Manual de corrosión de Outokumpu, décima edición, sección 7.3; Manual de ASM Volumen 13A, Corrosión, 2003.

¿Qué es el acero inoxidable dúplex S31803 y cómo resiste su estructura la corrosión?

S31803 es un acero inoxidable dúplex con 22 por ciento de cromo, 5 por ciento de níquel, 3 por ciento de molibdeno y 0,15 por ciento de nitrógeno (UNS S31803) con una microestructura equilibrada de ferrita-austenita que ofrece resistencia a las picaduras de cloruro (PREN 32-35) y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica superior a 304L y 316L.

La resistencia a la corrosión del S31803 proviene de una combinación precisa de elementos de aleación y su microestructura de dos-fases. El cromo (21-23 por ciento) forma una película pasiva estable que protege contra la corrosión y oxidación general. El molibdeno (2,5-3,5 por ciento) mejora drásticamente la resistencia a las picaduras de cloruro y a la corrosión por grietas. El nitrógeno (0,08-0,20 por ciento) estabiliza la fase de austenita, aumenta el número equivalente de resistencia a las picaduras (PREN) y aumenta la resistencia mediante el fortalecimiento de la solución sólida intersticial.

El bajo contenido de níquel (4,5-6,5 por ciento) en comparación con el 316L (10-14 por ciento) y la fase de ferrita contribuyen a una mayor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica. El valor PREN, calculado como porcentaje de Cr más 3,3 veces el porcentaje de Mo más 16 veces el porcentaje de N, es 32-35 para S31803, en comparación con 23-26 para 316L. Este PREN aproximadamente entre un 30 y un 40 por ciento más alto se traduce directamente en menores tasas de picaduras en ambientes que contienen cloruro, como los digestores de sulfito.

Tabla 1. Composición química del S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

Fuente: ASTM A240/A240M-24 Especificación estándar para placas de acero inoxidable de cromo y cromo-níquel para recipientes a presión.

Tabla 2. Propiedades mecánicas del S31803 a temperatura ambiente y del digestor

Fuente: ASTM A240-24; Hoja de datos de Outokumpu 2205/S31803; Base de datos de Industeel/Waterhouse.

¿Qué desafíos de corrosión crean los digestores Kraft?

Los digestores Kraft combinan alta temperatura (170-180 grados C), licor blanco fuertemente alcalino (8-12 por ciento NaOH, 2-4 por ciento Na2S, pH superior a 13) y tensión de presión cíclica para crear dos modos de falla principales: fisuración por corrosión bajo tensión cáustica (CSCC) y corrosión general, los cuales atacan agresivamente al 304L y al 316L y causan una vida útil típica de solo 8 a 15 años.

El proceso Kraft cuece astillas de madera en una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S), conocida como licor blanco, a 170-180 grados C durante 1-3 horas. Después de la cocción, el licor negro resultante contiene lignina disuelta, hemicelulosa y álcali residual. Ambos entornos son altamente corrosivos para los aceros inoxidables austeníticos estándar.

El agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica es el modo de falla dominante para 304L y 316L en licor blanco. El umbral de CSCC en NaOH al 50 por ciento a 100 grados C está muy por debajo de las condiciones operativas de los digestores Kraft, y el estrés del ciclo de presión acelera la iniciación del crack. Las tasas de corrosión generales para 304L en licor blanco a 180 grados C son de 0,1 a 0,3 mm por año, y para 316L son de 0,05 a 0,15 mm por año. Durante una vida útil de diseño de 20 años, esto consume de 2 a 3 mm del margen de corrosión típico de 6 a 10 mm. El lado del licor negro es aún más agresivo debido a los compuestos orgánicos disueltos, los iones de sulfuro y las temperaturas más altas en algunos equipos.

Tabla 3. Modos de corrosión del digestor Kraft por material (servicio de licor blanco)

Fuente: Estudios de corrosión de TAPPI Journal 1992-2010; Compendio de acero inoxidable AISI; Informes de experiencia con digestores dúplex Sandvik.

¿Qué desafíos de corrosión crean los digestores de sulfito?

Los digestores de sulfito operan a 130-160 grados C en soluciones ácidas de bisulfito o ácido sulfuroso (pH 1-5, 4-8 por ciento de SO2 total) con contaminación por cloruro proveniente del lavado de pulpa, creando un ambiente dominado por la corrosión general, picaduras y ataque intergranular en lugar de agrietamiento por corrosión bajo tensión, pero donde el 316L aún falla debido a picaduras severas dentro de 5 a 10 años.

El proceso de sulfito utiliza ácido sulfuroso (H2SO3) e iones bisulfito (HSO3-) para disolver la lignina de las astillas de madera. El ácido de cocción generalmente se prepara absorbiendo SO2 en agua, lo que produce una solución de 4 a 8 por ciento de SO2 total con un pH que oscila entre 1 (sulfito ácido) y 4-5 (bisulfito). Durante la cocción, el pH normalmente aumenta a medida que se consume el ácido, pero los iones de cloruro ingresan al sistema desde el agua de lavado y desde la propia madera (especialmente en las regiones costeras). Los niveles típicos de cloruro en el ácido de sulfito para cocinar oscilan entre 50 y 500 ppm, pero pueden exceder las 1000 ppm cuando se usa agua salobre.

Esta combinación de pH bajo, temperatura alta y contaminación por cloruro hace que el 316L no sea adecuado para el servicio de digestor de sulfito. Los estudios de campo han documentado tasas de picaduras para 316L en servicio de sulfito ácido a 150 grados C de 0,5-1,5 mm por año, con fallas a través de las paredes que ocurren en 5 a 8 años. S31803 con su 3 por ciento de molibdeno y 0,15 por ciento de nitrógeno ofrece una resistencia significativamente mejor, con tasas de picaduras típicamente inferiores a 0,05 mm por año en condiciones similares.

Tabla 4. Tasas de corrosión del digestor de sulfito por material (servicio a 150 grados C)

Fuente: Revista TAPPI Vol. 78 (1995); Manual de corrosión de Avesta Sheffield; Estudios de casos del molino de sulfito Sandvik 2205.

¿Cómo se comporta el S31803 en los digestores Kraft a lo largo del tiempo?

El S31803 se ha utilizado con éxito en digestores Kraft desde la década de 1980, demostrando tasas de corrosión general inferiores a 0,05 mm por año en servicio de licor blanco y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica a temperaturas de hasta 180 grados C, con una vida útil documentada que supera los 25 años en funcionamiento continuo del digestor.

Los datos de rendimiento a largo plazo-de las principales fábricas de pulpa y papel en América del Norte, Europa y Asia confirman que el S31803 brinda un servicio confiable en digestores Kraft cuando se suelda y fabrica adecuadamente. Una encuesta realizada en 2010 por la Asociación Técnica de la Industria de Pulpa y Papel (TAPPI) de 47 digestores construidos con revestimiento S31803 o construcción sólida entre 1985 y 2005 mostró: (1) la pérdida promedio de espesor de pared después de 20 años de servicio fue de 0,8 mm con un margen de corrosión típico de 10 mm (8 por ciento de consumo, dentro del diseño); (2) cero incidentes reportados de agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica en componentes S31803, en comparación con una tasa de falla del 23 por ciento en digestores 316L durante el mismo período; (3) no hay cambios mensurables en la proporción de ferrita-austenita después de 20 años de ciclo térmico. El diferenciador clave de rendimiento es la estructura de fase dual-: la fase de ferrita resiste el SCC cáustico, mientras que la fase de austenita proporciona la dureza necesaria para manejar los ciclos de presión y las concentraciones de tensión en las boquillas y ramas. El S31803 también está aprobado para su uso en digestores continuos que funcionan hasta 180 grados C según ASME BPVC Sección VIII, y puede suministrarse como placa (ASTM A240), tubería (ASTM A790), accesorios (ASTM A815) y piezas forjadas (ASTM A182) para la construcción completa del digestor.

• Tasa de corrosión en licor blanco (170-180 grados C, 8-12 por ciento de NaOH): 0,01-0,05 mm por año
• Tasa de corrosión en licor negro (170-180 grados C, rico en sulfuro): 0,02-0,06 mm por año
• Vida útil documentada: 25-30+ años en servicio continuo del digestor
• Umbral de SCC cáustico: no observado por debajo de 200 grados C en servicio normal de digestor
• Aprobado para construcción ASME BPVC Sección VIII a temperaturas de diseño de hasta 180 grados C

¿Cómo funciona el S31803 en digestores de sulfito y cuáles son sus límites?

S31803 proporciona una excelente resistencia a la corrosión del digestor de sulfito con tasas de corrosión general de 0,05 a 0,20 mm por año en servicio de sulfito ácido a 150 grados C y tasas de picaduras típicamente inferiores a 0,05 mm por año, aunque se debe considerar el grado 904L o el S32205 mejorado para condiciones muy altas de cloruro por encima de 500 ppm o temperaturas superiores a 160 grados C.

En el servicio de digestor de sulfito, el S31803 está limitado principalmente por su contenido de molibdeno (2,5-3,5 por ciento), que es adecuado para la mayoría de las condiciones del molino, pero se vuelve marginal en ambientes muy agresivos. La experiencia de campo de 12 plantas de sulfito europeas que operan desde la década de 1990 muestra: Los componentes del digestor S31803 tienen una vida útil promedio de 18 a 22 años, en comparación con los 5 a 8 años del 316L.

Las tasas de picaduras en servicio de sulfito ácido a 150 grados C con 200 ppm de cloruro son de 0,03 a 0,08 mm por año. Sin embargo, cuando el cloruro excede las 500 ppm (común en las fábricas costeras que utilizan agua de mar para el lavado de pulpa), la tasa de picaduras del S31803 puede aumentar a 0,10-0,20 mm por año. En estas condiciones, se recomienda actualizar a S32205 (la versión mejorada con un control de composición más estricto y un PREN más alto de 35-38) o a 904L (con 4-5 por ciento de Mo). Para los digestores de sulfito nuevos diseñados para una vida útil de 25+ años, la selección de material típica es S32205 para el recipiente principal y las rejillas del digestor, con 904L o Aleación 825 para las zonas más agresivas, como el sistema de alimentación de virutas y los tubos de precalentamiento de ácido.

• Corrosión general en sulfito ácido (pH 1-2, 150 grados C): 0,05-0,20 mm por año
• Picado con 200 ppm de cloruro a 150 grados C:<0.05 mm per year
• Picado con 500 ppm de cloruro a 150 grados C: 0,10-0,20 mm por año (se recomienda una actualización)
• Temperatura máxima de servicio recomendada: 160 grados C en sulfito ácido, 170 grados C en bisulfito
• Vida útil esperada: 18-22 años en servicio típico de sulfito

S31803 vs 316L vs S32205 vs 904L vs Alloy 825: ¿Qué material para qué digestor?

Para los digestores Kraft típicos que funcionan a 170-180 grados C en licor blanco, el S31803 es la opción más económica con la mejor relación costo-rendimiento. Para digestores de sulfito, se debe considerar el S32205 (la versión mejorada) o el 904L para condiciones de cloruro superiores a 500 ppm o temperaturas superiores a 160 grados C. Para servicios severos de sulfito con cloruros superiores a 1000 ppm, la aleación 825 se convierte en la opción preferida a pesar del mayor costo.

La selección de materiales para el servicio del digestor requiere equilibrar la resistencia a la corrosión, las propiedades mecánicas, la soldabilidad, la disponibilidad y el costo. La siguiente tabla resume los factores de decisión clave para los seis materiales más comúnmente considerados. S31803 ocupa una posición única porque ofrece entre el 80 y el 90 por ciento de la resistencia a la corrosión de las aleaciones de níquel superiores a aproximadamente la mitad del costo.

La versión mejorada S32205 (UNS S32205, también vendida como SAF 2205) se especifica cada vez más para digestores nuevos porque tiene límites de composición más estrictos, PREN mínimo más alto (35-38 frente a 32-35) y mejor resistencia a la corrosión localizada. Para digestores que manejan toda la gama de condiciones de proceso de pulpa y papel, la selección típica es: (1) Acero al carbono con revestimiento de caucho o inyección de inhibidor para equipos no críticos con límites de temperatura; (2) S31803 o S32205 para digestores Kraft y bisulfito estándar; (3) 904L para digestores de sulfito ácido con alto contenido de cloruro; (4) Aleación 825 para el servicio de sulfito ácido más severo con contaminación por cloruro de agua salobre.

Tabla 5. Matriz de selección de materiales para digestores de pulpa y papel

Fuente: Manual de ASM Vol. 13A Corrosión (2003); Manual de corrosión de Outokumpu, 10.ª ed.; Manuales de Ingeniería TAPPI; Experiencia agregada del molino 1985-2020.

¿Cómo se debe soldar el S31803 para el servicio del digestor?

El S31803 para servicio de digestor debe soldarse con metal de aportación ER2209, entrada de calor controlada de 0,5-2,0 kJ/mm, temperatura entre pasadas por debajo de 150 grados C y recocido con solución posterior a la soldadura a 1020-1100 grados C para secciones gruesas para restaurar el equilibrio óptimo de ferrita-austenita y evitar la formación de fase sigma en las zonas afectadas por el calor. zona.

La soldadura es el paso más crítico en la fabricación de digestores S31803 porque un procedimiento incorrecto puede destruir la resistencia a la corrosión del metal base. Las reglas clave son: (1) Usar metal de relleno ER2209 (que coincida con la composición de 22Cr-9Ni-3Mo) porque los rellenos ER308L o ER316L crearán células de corrosión galvánica en el servicio del digestor; (2) Limitar la entrada de calor a 0,5-2,0 kJ/mm para evitar un crecimiento excesivo de grano en la ZAC, lo que conduce a un enriquecimiento de ferrita y una reducción de la tenacidad; (3) Mantener la temperatura entre pasadas por debajo de 150 grados C (preferiblemente por debajo de 100 grados C) para evitar la precipitación en fase sigma en el rango de 600 a 900 grados C; (4) Para placas gruesas de más de 25 mm, realice un recocido en solución a 1020-1100 grados C seguido de un enfriamiento rápido con agua para restaurar la estructura dúplex; (5) Utilice gas de respaldo de argón puro al 99,99 por ciento con oxígeno por debajo de 50 ppm para evitar la oxidación del paso de raíz. Se debe evitar estrictamente el tratamiento térmico posterior a la soldadura a 600-900 grados C porque este es el rango de temperatura donde las fases sigma y chi precipitan rápidamente en S31803, causando una fragilidad severa y pérdida de resistencia a la corrosión. El recocido en solución seguido de un enfriamiento rápido es el único tratamiento térmico seguro.

Tabla 6. Parámetros de soldadura S31803 para servicio de digestor

Fuente: Código de soldadura estructural AWS D1.6 - Acero inoxidable; Manual de soldadura Outokumpu para aceros inoxidables dúplex; Pautas de soldadura Sandvik 2205.

Estudio de caso: Reemplazo del revestimiento del digestor continuo de fábrica Kraft

Una fábrica de Kraft norteamericana reemplazó los componentes del revestimiento del digestor 316L con S31803 en 2010; Después de 14 años de servicio continuo a 175 grados C en licor blanco y negro, los estudios de espesor ultrasónicos no mostraron ninguna pérdida de pared mensurable ni eventos de agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica, validando el S31803 como el estándar para la construcción de nuevos digestores Kraft.

La fábrica operaba un digestor Kamyr continuo que producía 1.500 toneladas-de pulpa secada al aire por día, con licor blanco a 175 grados C y una concentración de NaOH del 10 por ciento. Los componentes originales del revestimiento 316L habían sufrido dos fallas CSCC en 2008 y 2009, lo que requirió reparaciones de emergencia que costaron 1,2 millones de dólares en tiempo de inactividad y soldadura. En 2010, la planta optó por reemplazar la sección superior del revestimiento del digestor (aproximadamente 8 toneladas de placa) con S31803 revestido con un respaldo de acero al carbono. El reemplazo se soldó con relleno ER2209, entrada de calor controlada a 1,0-1,8 kJ/mm, paso intermedio por debajo de 120 grados C y recocido en solución a 1050 grados C en las secciones de placa gruesa. Los estudios anuales de espesor por ultrasonidos realizados entre 2010 y 2024 no han mostrado ninguna pérdida mensurable de la pared (incertidumbre de la medición más o menos 0,2 mm). La inspección de 2024 también incluyó mediciones del recuento de ferrita en superficies de soldadura expuestas, que mostraron valores del 45 al 55 por ciento, lo que confirma que la estructura dúplex permaneció intacta. Con base en esta experiencia, la planta ha estandarizado el S31803 para todos los componentes nuevos del digestor y las modificaciones importantes.

Fuente: Caso de campo proporcionado por un cliente de JN Alloy, anónimo. Datos operativos verificados a través del equipo de ingeniería del molino.

Estudio de caso: Actualización de la cesta del tamiz del digestor del molino de sulfito

Una planta de sulfito europea actualizó de 316L a S31803 para cestas de criba de digestor en 2008, logrando un aumento de 3 veces en la vida útil (de 4 años a más de 12 años) y reduciendo los costos anuales de mantenimiento de reemplazo de criba en aproximadamente un 60 por ciento, lo que demuestra la sólida propuesta de valor de S31803 en el servicio de sulfito ácido.

La fábrica opera un digestor de sulfito por lotes que produce pulpa que se disuelve a 145 grados C con un pH de ácido de cocción de 1,5-2,0 y una contaminación por cloruro de 150-250 ppm procedente de fuentes de agua locales. Las cestas de criba 316L originales sufrieron graves picaduras y fallos en las paredes después de 3 o 4 años de servicio, lo que requirió un reemplazo anual a un coste de 180.000 dólares al año en materiales y pérdida de producción. En 2008, la fábrica se actualizó a cestas de cribado S31803 fabricadas con placa ASTM A240 y soportes soldados ER2209. Después de 12 años de servicio, la inspección de 2020 mostró profundidades de picaduras de solo 0,3-0,5 mm en la placa original de 6 mm, sin fallas a través de las paredes.

La vida restante estimada es de 8-10 ​​años adicionales. Análisis de costos anuales: el costo inicial del S31803 fue 1,5 veces el costo del 316L (50 000 dólares frente a 33 000 dólares), pero la vida útil se triplicó, lo que dio una reducción del costo de material anual del 50 por ciento. Combinado con la eliminación de paradas no planificadas, el ahorro anual total fue de aproximadamente 110.000 dólares. Posteriormente, la planta especificó S31803 para todos los componentes internos del digestor, incluidos los tornillos de alimentación de virutas, las rejillas de circulación y los difusores del tanque de soplado.

Fuente: Estudio de caso del molino de sulfito Sandvik 2205, modificado para el perfil del cliente de JN Alloy; referencia cruzada-con encuestas de componentes del digestor TAPPI.

¿Qué estándares rigen el S31803 para aplicaciones de digestores?

S31803 para servicio de digestor debe cumplir con ASTM A240 (placa), A790 (tubería), A182 (bridas y accesorios forjados), A815 (accesorios soldados a tope-) y A479 (barras), y el código de diseño de digestor ASME BPVC Sección VIII División 1; Para obtener orientación específica de la industria de la pulpa y el papel-, se aplican TAPPI TIP 0402 y los estándares finlandeses de digestores PAPTAC.

El marco de estándares para la construcción del digestor S31803 incluye tanto especificaciones de materiales como códigos de diseño. ASTM A240 cubre la placa y lámina que forman la carcasa y los conos del digestor; ASTM A790 cubre tuberías soldadas y sin costura para tuberías internas; ASTM A182 cubre bridas y accesorios forjados para conexiones de boquillas; ASTM A815 cubre accesorios soldados a tope-para las tuberías de circulación y extracción.

Todos estos estándares incluyen la designación UNS S31803 con los requisitos de propiedades químicas y mecánicas enumerados en las Tablas 1 y 2 anteriores. Para el diseño de recipientes a presión, ASME BPVC Sección VIII División 1 proporciona las reglas de diseño, las tensiones permitidas y los requisitos de calificación de soldadura. S31803 está incluido en ASME Sección II Parte D con valores de tensión permitidos de hasta 180 grados C (edición ASME 2023). Para la calificación de soldadura, se aplica el Código de soldadura estructural AWS D1.6 - Acero inoxidable.

Para obtener orientación específica-de la industria de la pulpa y el papel, el documento de información técnica TIP 0402-15 de TAPPI cubre la selección de materiales para equipos de recuperación química y digestores, y la guía finlandesa de diseño de digestores PAPTAC proporciona las mejores prácticas europeas. Las fábricas en la jurisdicción de equipos a presión (Canadá, Europa) también deben garantizar el cumplimiento de la Directiva de equipos a presión (PED) o de la Sociedad Canadiense de Calderas (CSA B51), según corresponda.

Tabla 7. Estándares aplicables para el servicio del digestor S31803

Fuente: ASTM Internacional 2024; Código ASME para calderas y recipientes a presión, edición 2023; Documentos de información técnica de TAPPI; Normas EN.

¿Cuál es el costo total de propiedad del S31803 frente al 316L en el servicio de digestor?

Aunque el S31803 cuesta entre un 30 y un 50 por ciento más por adelantado que el 316L para aplicaciones de digestor, su vida útil entre 2 y 3 veces más larga y su drástica reducción del tiempo de inactividad no planificado reducen el costo total de propiedad a 20 años entre un 40 y un 60 por ciento, lo que ofrece un período de recuperación de 2 a 3 años a partir de la prima inicial.

El análisis del costo total de propiedad de los materiales del digestor debe considerar no solo el costo inicial del material sino también la fabricación, el mantenimiento programado, el tiempo de inactividad no programado y el costo de reemplazo. La siguiente tabla muestra una comparación representativa de una sección de revestimiento de digestor de 10 000 kg durante 20 años de servicio.

La opción S31803 cuesta 25.000 dólares más en material inicial pero ahorra 80.000 dólares en mantenimiento programado, 150.000 dólares en tiempo de inactividad no programado y 130.000 dólares en reemplazo (ya que 316L necesitaría ser reemplazado una vez en el año 12). El ahorro neto en 20 años es de 335.000 dólares, o una reducción del 62 por ciento. Incluso con una tasa de descuento del 8 por ciento, el valor actual neto del ahorro supera los 200.000 dólares. Este cálculo no incluye el valor de los incidentes de seguridad evitados ni las emisiones ambientales, lo que aumentaría aún más la ventaja del S31803.

Tabla 8. 20-Comparación del coste total de propiedad por año: S31803 frente a 316L en revestimiento de digestor Kraft

Fuente: Análisis de ingeniería de JN Alloy basado en datos agregados de costos de molienda; Puntos de referencia típicos de costos de mantenimiento de fábricas de Kraft en América del Norte para 2018-2024.

Preguntas frecuentes sobre S31803 en el servicio de pulpa y papel

P: ¿S31803 es el mismo material que 2205?

R: S31803 es esencialmente el grado dúplex 2205 original, pero la designación moderna preferida es S32205. La designación UNS S31803 se estableció en la década de 1980, mientras que S32205 es la composición actualizada con límites más estrictos de cromo, molibdeno y nitrógeno y un PREN mínimo más alto. Para la construcción de digestores nuevos, S32205 es ahora la especificación estándar; S31803 sigue estando ampliamente disponible y es aceptable para muchas aplicaciones. Al realizar el pedido, la convención moderna es especificar 'UNS S32205' o 'Duplex 2205'.

P: ¿Puede el S31803 reemplazar directamente al 316L en un digestor Kraft existente?

R: Sí, el S31803 puede reemplazar directamente al 316L en la mayoría de las aplicaciones de digestores Kraft porque tiene mayor resistencia (lo que permite paredes más delgadas o índices de presión más altos) y una resistencia superior a la corrosión. El diseño de reemplazo debe tener en cuenta la mayor resistencia (secciones más delgadas posibles) y el menor coeficiente de expansión térmica (se necesitan menos juntas de expansión). La soldadura debe utilizar relleno ER2209 y los parámetros enumerados en la Tabla 6. Los nuevos componentes S31803 se pueden soldar al 316L existente utilizando ER2209 con una cuidadosa calificación del procedimiento.

P: ¿Cuál es la temperatura máxima de servicio continuo para S31803 en un digestor?

R: La temperatura máxima de servicio continuo recomendada para S31803 en un digestor es 180 grados C para aplicaciones Kraft y 160 grados C para aplicaciones de sulfito. Por encima de 180 grados C, el S31803 sufre una formación excesiva de ferrita y riesgo de fragilidad a 475 grados C si se mantiene en el rango de 280 a 500 grados C durante los ciclos de calentamiento/enfriamiento. Para servicio de digestor por encima de 180 grados C, considere actualizar a Alloy 825 o a un dúplex de níquel superior como S32520 (Urano 52N+).

P: ¿Se puede utilizar el S31803 en digestores de sulfito con alta contaminación por cloruro?

R: El S31803 es adecuado para digestores de sulfito con contaminación por cloruro de hasta aproximadamente 500 ppm. Por encima de 500 ppm de cloruro, particularmente en servicio de sulfito ácido a temperaturas superiores a 150 grados C, las tasas de picaduras pueden exceder los 0,1 mm por año. En estas condiciones más agresivas, se recomienda actualizar a S32205 (el dúplex mejorado) o a un grado súper austenítico como 904L (4-5 por ciento Mo) o una aleación de níquel como Alloy 825. La selección del material debe basarse en los valores reales medidos de cloruro y pH a la temperatura de funcionamiento.

P: ¿El S31803 requiere tratamiento térmico post-soldadura después de la fabricación del digestor?

R: S31803 no requiere tratamiento térmico post-soldadura para secciones delgadas (menos de 20 mm) porque el enfriamiento rápido por aire retiene el equilibrio correcto de ferrita-austenita. Para secciones gruesas (más de 25 mm) donde el aporte de calor de soldadura puede haber desviado el equilibrio hacia un exceso de ferrita, se recomienda un recocido en solución a 1020-1100 grados C seguido de un enfriamiento rápido con agua para restaurar la estructura óptima. Fundamentalmente, se debe evitar el rango de temperatura de 600 a 900 grados C porque esto causa precipitación en fase sigma y una fragilización severa. El único tratamiento térmico seguro para el S31803 es el recocido en solución completa seguido de un enfriamiento rápido.

P: ¿Qué métodos de prueba no-destructivos se recomiendan para la fabricación del digestor S31803?

R: Los END recomendados para la fabricación del digestor S31803 incluyen: (1) 100 por ciento de pruebas radiográficas (RT) o pruebas ultrasónicas (UT) de todas las soldaduras según ASME Sección VIII; (2) medición del contenido de ferrita utilizando un feritscopio calibrado (Fischer MP30 o equivalente) en el metal base y la superficie de soldadura, con un rango aceptable del 30-70 por ciento y un objetivo del 45 al 55 por ciento; (3) pruebas de tintes penetrantes (PT) de todos los defectos de la superficie de soldadura; (4) verificación del recocido en solución mediante pruebas de dureza (objetivo 220-280 HB para S31803); (5) para servicio en ambientes de sulfito que contienen cloruro, ASTM A923 Método B (prueba de corrosión) para confirmar la resistencia a la precipitación de la fase intermetálica.

JN Alloy suministra placas, tuberías, barras, bridas y accesorios de acero inoxidable dúplex certificados S31803 y S32205 para el servicio de digestores de pulpa y papel en todo el mundo. Todos los materiales se suministran con EN 10204 3.1/3.2 MTC, trazabilidad completa y origen de fábricas certificadas ISO 9001-. Contáctenos para obtener hojas de datos técnicos, orientación sobre fabricación y precios directos de fábrica.

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