Resistencia a la corrosión del Incoloy 825 en ácido sulfúrico: curvas de corrosión iso- y límites de concentración

Introducción

El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos industriales más utilizados en el mundo, y también es uno de los ácidos más complejos para seleccionar un material, porque su carácter corrosivo en realidad cambia con la concentración. Según el distribuidor de aleaciones Langley Alloys, la aleación INCOLOY 825 se introdujo en el mercado en 1952, construida específicamente sobre la base de aleación 800 con adiciones de cobre para mejorar la resistencia a ácidos reductores como el ácido sulfúrico - una afirmación consistente con la propia descripción de Special Metals Corporation sobre el papel metalúrgico del cobre en la aleación actual.

Este artículo trabaja directamente a partir de los datos de corrosión acuosa de Special Metals Corporation - la tabla de iso-corrosión del fabricante para la aleación 825 en ácido sulfúrico, los resultados de sus pruebas de corrosión de planta publicadas y sus clasificaciones comparativas con otras aleaciones de níquel - para brindar una imagen clara y cuantificada de exactamente dónde se mantiene la resistencia al ácido sulfúrico de la aleación 825, dónde disminuye y cuándo se debe especificar un material de mayor-aleación en su lugar.

¿Qué le da a la aleación 825 su resistencia al ácido sulfúrico?

La resistencia de la aleación 825 al ácido sulfúrico proviene de una combinación específica de elementos de aleación: el níquel y el molibdeno resisten el ácido reductor que se encuentra en concentraciones bajas-a-moderadas, el cromo resiste el ácido oxidante que se encuentra en altas concentraciones y el cobre - la adición que define la aleación - apunta específicamente a reducir el ataque del ácido sulfúrico y fluorhídrico que el níquel y el molibdeno por sí solos no abordan completamente.

El ácido sulfúrico no se comporta como un corrosivo único y uniforme. Según el propio manual de corrosión acuosa de Special Metals, el ácido sulfúrico se reduce en concentraciones de hasta aproximadamente el 25%; por encima comienza a adquirir características oxidantes; y el ácido concentrado por encima del 87 % en peso a temperatura ambiente - el grado comercial más común - es completamente oxidante. Esto significa que una sola aleación tiene que resistir dos mecanismos de corrosión diferentes dependiendo de en qué parte del rango de concentración opere, y la selección de la aleación debe tener en cuenta ambos.

La guía general de Special Metals sobre elementos de aleación es directa sobre el papel de cada elemento. El níquel mejora la resistencia a los ácidos reductores y cáusticos. El molibdeno mejora la resistencia a los ácidos reductores y a la corrosión por picaduras y grietas en entornos que contienen cloruro-. El cromo mejora la resistencia a los corrosivos oxidantes. El cobre mejora la resistencia a los ácidos reductores - particularmente al ácido sulfúrico y fluorhídrico no aireado - y las adiciones de cobre específicamente a las aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-hierro se describen como que proporcionan una resistencia mejorada a los ácidos clorhídrico, fosfórico y sulfúrico. La aleación 825 contiene aproximadamente 38–46 % de níquel, 19,5–23,5 % de cromo, 2,5–3,5 % de molibdeno y 1,5–3,0 % de cobre y están calibrados para cubrir los regímenes reductor y oxidante del ácido sulfúrico dentro de una única aleación soldable de titanio-estabilizada.

¿Qué muestra realmente el cuadro de iso-corrosión de la aleación 825 en ácido sulfúrico?

La tabla de iso-corrosión de Special Metals para la aleación 825 en ácido sulfúrico divide el campo de concentración-versus-temperatura en tres bandas de velocidad de corrosión-- por debajo de 5 mpy, de 5 a 20 mpy y por encima de 20 mpy - y la zona utilizable de la aleación ("muy buena resistencia") cubre la mayor parte concentraciones bajas-a-intermedias a temperatura moderada, estrechándose bruscamente a medida que tanto la concentración como la temperatura se acercan a la curva del punto-de ebullición.

Un gráfico de iso-corrosión representa la velocidad de corrosión en función de dos variables a la vez - concentración de ácido (eje horizontal, 0–100 % en peso) y temperatura (eje vertical, desde la temperatura ambiente hasta el punto de ebullición del ácido en cada concentración). Las líneas en el gráfico conectan puntos con igual velocidad de corrosión, por lo que se llaman líneas de iso-corrosión (misma-corrosión). Leer uno es sencillo: encuentre la temperatura de su proceso en el eje vertical y su concentración de ácido en el eje horizontal; la zona en la que cae su punto le indica la banda de velocidad de corrosión esperada para la aleación recocida 825 en ácido relativamente puro y no-contaminado.

Fuente: Special Metals Corporation, Aleaciones de alto rendimiento-para resistencia a la corrosión acuosa (Manual de corrosión acuosa), Figura 2 -Tabla de corrosión iso-para la aleación INCOLOY 825 en ácido sulfúrico.

Special Metals establece directamente la envolvente operativa práctica de la aleación en lugar de requerir que el lector interpola el gráfico a ojo. Según los resultados de las pruebas y la experiencia de servicio, la aleación 825 debe tener muy buena resistencia (menos de 5 mpy) en soluciones de ácido sulfúrico con una concentración de entre el 40% y el 80% en peso a 120 grados F (50 grados). La misma publicación señala que la resistencia de la aleación se extiende en todo el rango de concentración a temperaturas de hasta 150 grados F (65 grados) y hasta un 78% de concentración a 176 grados F (80 grados).

El fabricante tiene cuidado de agregar una advertencia importante directamente al lado de estos datos: pueden ocurrir desviaciones severas de este comportamiento en presencia de contaminantes, que son comunes en el ácido de fuerza intermedia-en procesos químicos reales - un recordatorio de que las tablas de iso-corrosión describen ácido de laboratorio puro o casi-puro, no necesariamente las condiciones de la planta.

Fuente: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, texto de la sección de ácido sulfúrico que acompaña a la Figura 2.

¿Cómo se comparan las tasas reales de corrosión de la planta con el gráfico de corrosión iso-?

Las tasas reales de corrosión en campo para la aleación 825 en servicios de ácido sulfúrico industrial y -ácido mixto están, en la gran mayoría de los casos documentados, muy por debajo del ya-umbral conservador de 5 mpy - a menudo en uno o dos órdenes de magnitud - porque la mayoría de los procesos reales se ejecutan con una severidad efectiva menor que las condiciones de laboratorio de ácido puro-utilizadas para construir el gráfico de iso-corrosión.

Special Metals publica una tabla sustancial de resultados de pruebas de corrosión-en campo para la aleación 825 en una amplia variedad de entornos reales de plantas de ácido sulfúrico y ácido-mixto, varios de los cuales se reproducen a continuación. El patrón es consistente: incluso los ácidos en el rango de concentración de 40 a 90 % o más, a temperaturas muy por encima de la temperatura ambiente, con frecuencia arrojan velocidades de corrosión inferiores a 1 mpy en servicio - un recordatorio útil de que el gráfico de iso-corrosión es una herramienta de evaluación conservadora para la selección de materiales, no un predictor preciso de la velocidad de corrosión de ninguna planta específica.

Fuente: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Tabla 4 - Pruebas de corrosión en planta de la aleación INCOLOY 825 en soluciones de ácido sulfúrico y mixto (selección abreviada).

Vale la pena señalar dos entradas específicamente porque ilustran un punto genuinamente útil, no-obvio: en la solución de limpieza de 20 % de ácido más 4 % de dicromato de sodio, la velocidad de corrosión (19 mpy) se ubica justo en el borde de la banda de 'resistencia útil' a pesar de una concentración de ácido relativamente diluido, porque el dicromato es una fuerte sal oxidante que reacciona con una química de aleación adaptada en parte para reducir-el servicio ácido. Esta es una demostración directa y real-del mundo real del carácter reductor/oxidante dependiente de la concentración- discutido anteriormente. - el ácido diluido no es automáticamente un ácido suave una vez que se agregan contaminantes oxidantes.

¿Cómo se compara la aleación 825 con otras aleaciones de níquel en ácido sulfúrico?

En ácido sulfúrico diluido (con una concentración inferior al 50 %), la aleación 825 está esencialmente empatada en cuanto a la mejor resistencia entre la línea de aleaciones de níquel de Special Metals, junto con la aleación INCONEL 686 y la aleación INCONEL G-3; en ácido concentrado (más del 50%), la aleación 825 queda detrás de las aleaciones con mayor contenido de molibdeno y cromo 686, C-276, 622 y 625, en ese orden.

Special Metals clasifica directamente la resistencia al ácido sulfúrico de sus aleaciones utilizando la línea de iso-corrosión de 20 mpy (0,51 mm/a) como base de comparación, ya que un umbral de valor único-es más fácil de clasificar en múltiples aleaciones que comparar gráficos completos. Las clasificaciones difieren significativamente dependiendo de en qué lado de la transición reductora/oxidante del ácido sulfúrico cae la aplicación -, lo cual es en sí mismo un hallazgo útil y honesto: ninguna aleación en esta familia es incondicionalmente "la mejor" en todo el rango de concentración.

Fuente: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Figura 4 - Comportamiento comparativo de aleaciones de Ni-Cr-Mo en ácido sulfúrico (resumen de iso-corrosión de 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, ácido oxidante - o una vez presente una contaminación significativa por cloruro -, los grados de mayor-aleación y mayor-costo obtienen su prima.

¿Qué sucede cuando hay cloruros presentes en la corriente de ácido sulfúrico?

La aleación 825 tolera notablemente bien la exposición intermitente o moderada al cloruro en ácido sulfúrico -, incluidas las adiciones de sal de roca-utilizadas en operaciones de decapado -, pero para la exposición continua y totalmente sumergida al ácido sulfúrico contaminado con cloruro-, la propia literatura de Special Metals recomienda pasar a una aleación de mayor-molibdeno, como C-276, 622, 625 o 686.

Special Metals establece esta distinción claramente: en aplicaciones donde hay cloruros presentes, como adiciones de sal gema a baños de decapado sulfúrico, la aleación INCOLOY 825 ha brindado un excelente servicio, y la presencia de sales oxidantes distintas del cloruro es realmente beneficiosa para la resistencia de la aleación.

Sin embargo, en aplicaciones donde la exposición está continuamente sumergida en condiciones contaminadas con cloruro-, se requieren aleaciones de mayor-molibdeno - aleaciones INCONEL C-276, 622, 625 o 686 -. Esto es consistente con el papel general del molibdeno en esta familia de aleaciones: mejora específicamente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en entornos que contienen cloruro-y el contenido de molibdeno de la aleación 825 entre 2,5% y 3,5%, si bien es suficiente para una exposición intermitente, es inferior al 9% a 16% que se encuentra en las 'súper aleaciones' de Ni-Cr-Mo construidas para servicio continuo de cloruro.

• La exposición intermitente o de bajo nivel-al cloruro en el servicio de ácido sulfúrico - aleación 825 es generalmente adecuada.
• Las adiciones de sal de roca o cloruros similares en la química del baño de decapado-- están documentadas como un servicio excelente para la aleación 825.
• La exposición continua y completamente sumergida en ácido sulfúrico contaminado con cloruro-- especifica en su lugar una aleación de mayor-molibdeno (C-276, 622, 625 o 686).

¿Cuál es la composición química completa de Incoloy 825?

La aleación 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) se especifica con 38,0–46,0 % de níquel, 19,5–23,5 % de cromo, 22,0 % de hierro como mínimo, 2,5–3,5 % de molibdeno, 1,5–3,0 % de cobre y 0,6–1,2 % de titanio, con un límite de carbono de 0,05 % como límite. riesgo de sensibilización.

Fuente: Special Metals Corporation, boletín técnico de aleación INCOLOY 825 (Tabla 1 - Composición química limitante), verificado -con la hoja de datos de tiras de aleación INCOLOY 825 publicada por Elgiloy Specialty Metals.

El techo bajo en carbono (0,05 % máx.) combinado con la estabilización de titanio es lo que permite que la aleación 825 se utilice en la condición como-soldada sin un recocido obligatorio con solución posterior a la soldadura en la mayoría de los servicios. - el titanio fija el carbono como carburo de titanio preferentemente, protegiendo los límites de grano de la sensibilización impulsada por el carburo de cromo--que afecta Aceros inoxidables austeníticos no-estabilizados. Esta es una importante ventaja de fabricación y costos respecto de los aceros inoxidables de la serie 300-en ambientes ácidos, donde el tratamiento térmico posterior a la soldadura suele ser inevitable.

¿Cuándo debería especificar la aleación 825 frente a una opción de aleación-más alta para el servicio con ácido sulfúrico?

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 >Bandas de 20 mpa.

Tuberías y recipientes de proceso de ácido sulfúrico intermedio y diluido de aleación 825 -; baños de decapado con ácido sulfúrico, incluidos aquellos con sal de roca-o adiciones intermitentes similares de cloruro; corrientes mixtas de ácido sulfúrico/fosfórico; equipos generales de control de la contaminación y producción de ácido-; reprocesamiento de combustible nuclear y manejo de desechos radiactivos, donde la historia del 825 en los procesos de disolución tipo Sulfex-está bien documentada.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), ácido sulfúrico caliente; inmersión continua en ácido sulfúrico contaminado con cloruro-; servicios donde el gráfico de iso-corrosión de 825 muestra la combinación de ácido/temperatura por encima de la línea de 5 mpy.

Aleación INCOLOY 25-6MO - una alternativa inoxidable superaustenítica que vale la pena evaluar específicamente para diluido (<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 de adquisición que vale la pena mencionar claramente: la tabla de iso-corrosión describe el comportamiento de ácidos relativamente puros o ligeramente mezclados en condiciones de laboratorio. La propia Special Metals advierte que pueden producirse graves desviaciones en presencia de contaminantes comunes a los procesos químicos reales. Antes de finalizar la selección de materiales para un flujo de proceso específico, solicite o ejecute pruebas de cupón de corrosión en el fluido del proceso real en lugar de confiar únicamente en la tabla de iso-corrosión para una aplicación límite.

Preguntas frecuentes

Q: ¿Cuál es la concentración máxima de ácido sulfúrico que puede soportar la aleación 825?

A: Depende completamente de la temperatura. A temperaturas de hasta 150 grados F (65 grados), la aleación 825 mantiene muy buena resistencia (<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: ¿Por qué el cobre ayuda específicamente con la resistencia al ácido sulfúrico?

A: Special Metals ha documentado que las adiciones de cobre a las aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-hierro mejoran la resistencia específicamente a los ácidos reductores - sulfúrico, fosfórico y clorhídrico -, un mecanismo distinto del papel del cromo en la resistencia a los ácidos oxidantes. Dado que el ácido sulfúrico se reduce por debajo del 25% de concentración y se oxida por encima de aproximadamente el 50%, el cobre y el cromo dividen efectivamente el rango de concentración entre ellos dentro de la composición de la aleación 825.

Q: ¿La aleación 825 necesita tratamiento térmico post-soldadura antes de usarse en servicio con ácido sulfúrico?

A: Generalmente no. La aleación 825 se estabiliza contra la sensibilización gracias a su adición de titanio, lo que permite su uso en la condición as-soldada en la mayoría de los servicios sin un recocido obligatorio con solución post-soldadura - una ventaja sobre los aceros inoxidables austeníticos no-estabilizados, que generalmente requieren tratamiento térmico para restaurar la resistencia a la corrosión intergranular después de la soldadura.

Q: ¿Es la aleación 825 o una aleación de Ni-Cr-Mo como la 625 la mejor opción económica para el ácido sulfúrico?

A: Para ácido sulfúrico diluido con una concentración inferior a aproximadamente el 50 %, la aleación 825 ofrece una resistencia esencialmente igual a aleaciones considerablemente más caras como INCONEL 686, lo que la convierte en la opción más rentable-en ese rango. Por encima de una concentración del 50%, o con contaminación continua por cloruro, las aleaciones con mayor contenido de molibdeno-superan a la aleación 825 de manera tan significativa que el costo adicional generalmente se justifica.

Q: ¿Se puede utilizar la aleación 825 donde hay ácido sulfúrico y cloruros presentes?

A: Sí, en muchos casos - Special Metals documenta un excelente servicio para la aleación 825 en baños de decapado sulfúrico con adiciones de -sal de roca (cloruro). La precaución se aplica específicamente a la exposición continua y completamente sumergida al ácido sulfúrico contaminado con cloruro-, donde en su lugar se recomienda una aleación con mayor contenido de-molibdeno.