Ligas de reator 316Ti vs 904L para serviço com ácido

Os reatores que lidam com ácidos minerais raramente falham porque a liga é muito fraca; eles falham porque a liga foi especificada contra a química ácida errada na temperatura errada. O 316Ti estabilizado com titânio e o superaustenítico 904L ficam em extremos opostos do espectro de serviço ácido, e escolher entre eles significa comparar os níveis de cromo e molibdênio com o caráter oxidante ou redutor do fluxo do processo.

As duas ligas lado a lado

Recurso	316Ti	904L
Designação PT	1.4571/X6CrNiMoTi17-12-2	1.4539/X1NiCrMoCu25-20-5
Número UNS	S31635	N08904
Carbono	Menor ou igual a 0,08	Menor ou igual a 0,02
Cromo	16.5 - 18.5	19.0 - 21.0
Níquel	10.5 - 13.5	24.0 - 26.0
Molibdênio	2.0 - 2.5	4.0 - 5.0
Cobre	Não especificado	1.2 - 2.0
Titânio	5 x C mínimo, 0,70 máximo	Não especificado
PREN (Cr + 3.3 Mo + 16 N)	Sobre 24 - 25	Sobre 34 - 36

Quando o 316Ti estabilizado com titânio é suficiente

O 316Ti foi desenvolvido por um motivo: evitar que as juntas soldadas percam a resistência à corrosão intergranular. O titânio tem uma afinidade mais forte com o carbono do que o cromo, por isso liga o carbono como carboneto de titânio e deixa o cromo em solução disponível para o filme passivo. O resultado prático é que a zona afetada pelo calor de uma solda 316Ti mantém sua resistência à corrosão sem recozimento por solução, o que elimina uma etapa de tratamento térmico dos vasos fabricados em campo.

Adequado para ácidos redutores moderados, incluindo ácido sulfúrico em baixa concentração e em temperaturas próximas da ambiente a moderadamente quentes.

Bom desempenho em ácidos orgânicos como ácido acético, cítrico e fórmico em resistência e temperatura moderadas.

Econômico onde os níveis de cloreto são baixos e a carga total de ácido no navio é modesta.

Não é adequado para ácidos fortemente oxidantes e não é adequado onde cloretos ou fluoretos podem se concentrar em fendas, soldas ou pernas mortas.

Por que 904L é especificado para ácidos oxidantes e mistos

O 904L responde às condições que derrotam o 316Ti. A combinação de aproximadamente 20% de cromo, 4 a 5% de molibdênio e 1,2 a 2% de cobre produz um filme passivo estável sob condições oxidantes, e o alto teor de níquel mantém a estrutura totalmente austenítica enquanto melhora a resistência em meios redutores. O cobre, em particular, melhora o desempenho no serviço com ácido sulfúrico, enquanto o molibdênio amplia a tolerância à contaminação por cloretos.

A escolha padrão para ácido nítrico em uma ampla faixa de concentração, incluindo condições de calor e ebulição.

Preferido para ácido fosfórico e para correntes de ácidos mistos onde vários ácidos atuam juntos.

Lida com fluxos de processo contendo cloreto e contaminação ácida muito melhor do que as classes 316 contendo Mo.

Necessário onde podem aparecer vestígios de ácido fluorídrico ou contaminação por flúor no fluido do processo.

Tabela de seleção de serviços ácidos

Condição de serviço	316Ti	904L
Ácido sulfúrico, baixa concentração, próximo ao ambiente	Adequado	Adequado
Ácido sulfúrico, concentração moderada a alta, quente	Limitado	Preferido
Ácido nítrico, qualquer concentração, inclusive quente	Não recomendado	Escolha padrão
Ácido fosfórico, classes contaminadas	Limitado	Preferido
Ácidos mistos com vestígios de cloreto ou flúor	Não recomendado	Obrigatório
Ácidos orgânicos em temperatura moderada	Adequado	Adequado

As entradas da tabela são orientações de seleção qualitativa para fins de triagem. A seleção final deve ser confirmada por dados de taxa de corrosão ou testes de cupom no fluido do processo real, porque vestígios de contaminantes, aeração e velocidade do fluxo podem alterar o desempenho em uma ordem de grandeza.

Limites de temperatura e estabilidade de fase

O 316Ti é normalmente aplicado para serviço contínuo até cerca de 400 graus, onde a fluência e a oxidação começam a limitar a vida útil do projeto.

904L é usado até aproximadamente 450 graus e, acima disso, a tolerância à corrosão deve ser aumentada ou uma liga diferente selecionada.

Ambas as ligas correm o risco de fragilização da fase sigma após exposição prolongada acima de cerca de 600 graus, o que reduz a tenacidade e a resistência à corrosão.

A faixa de graus 425 - 815 promove a precipitação de carboneto de cromo em classes não estabilizadas; a adição de titânio no 316Ti o suprime, e o baixo teor de carbono no 904L também o suprime.

Evite ciclos térmicos na faixa de 500 - 900 graus durante os ciclos de inicialização, desligamento e regeneração.

Fundamentos de soldagem e fabricação

Ambas as classes são soldadas com soldagem a arco de tungstênio com gás de baixa entrada de calor e consumíveis correspondentes. 316O Ti é soldado com ER316Ti ao AWS A5.9 e 904L com ER385 ao AWS A5.9; ERNiCrMo-3 à base de níquel conforme AWS A5.14 é usado para juntas diferentes e para soldas de bico altamente restritas. A temperatura entre passes deve ser mantida igual ou inferior a 100 graus, usando cordões de longarina sem tecelagem larga. Onde o serviço é severo, o recozimento em solução a 1040 - 1120 grau para 316Ti e 1100 - 1150 grau para 904L dissolve as fases secundárias antes que o navio entre em serviço. As superfícies são então decapadas de acordo com ASTM A380 e passivadas de acordo com ASTM A967.

Inspeção, monitoramento e vida útil

Mapeamento ultrassônico de espessura de carcaças, bicos e zonas de impacto em cada parada, com intervalo definido pela taxa de corrosão medida.

Testes de tinta penetrante em soldas durante as reviravoltas para encontrar trincas que quebram a superfície na zona afetada pelo calor.

Espectroscopia de impedância eletroquímica e exposição ao cupom de corrosão para detectar quebra passiva do filme antes que a perda de parede se torne significativa.

Testes críticos de temperatura de corrosão de acordo com ASTM G48 para verificação de material e identificação positiva de material da placa instalada e peças forjadas.

O monitoramento da permeação de hidrogênio com sondas eletroquímicas onde o processo produz hidrogênio e o risco de danos induzidos pelo hidrogênio é confiável.

Perguntas frequentes

P: O 316Ti pode ser usado em vez do 904L no serviço de ácido nítrico?
Não. O ácido nítrico é fortemente oxidante e requer maior teor de cromo e molibdênio do 904L. 316O Ti corrói rapidamente em ácido nítrico quente ou concentrado.

P: Por que a adição de titânio no 316Ti é importante após a soldagem?
O titânio combina preferencialmente com o carbono, mantendo o cromo em solução para que a zona afetada pelo calor retenha sua resistência à corrosão. É por isso que o 316Ti não precisa de uma solução de recozimento pós-solda na maioria dos serviços.

P: Quais metais de adição devem ser usados ​​para essas duas ligas?
ER316Ti para AWS A5.9 para 316Ti e ER385 para AWS A5.9 para 904L. Use ERNiCrMo-3 conforme AWS A5.14 para juntas diferentes e soldas de bicos restritos.

P: Quais são as temperaturas operacionais máximas práticas?
Cerca de 400 graus para 316Ti e cerca de 450 graus para 904L. Acima de aproximadamente 600 graus, ambas as ligas correm o risco de fragilização da fase sigma.

P: O que a adição de cobre faz no 904L?
O cobre melhora a resistência na redução de ácidos, especialmente o ácido sulfúrico, e trabalha com o molibdênio e o cromo para ampliar a faixa de concentrações de ácido e temperaturas que a liga pode suportar.

P: Como a liga correta é verificada após a fabricação do vaso?
Pela identificação positiva do material de placas, peças forjadas e depósitos de solda, juntamente com testes de corrosão como ASTM G48 e um registro documentado de decapagem e passivação.