Resistenza alla corrosione localizzata e affidabilità del processo della lega 28 (UNS N08028) nelle applicazioni dell'acido solforico e fosforico

Nelle industrie che vanno dalla lavorazione chimica e dalla produzione di fertilizzanti alla raffinazione del petrolio e al trattamento dei rifiuti, la necessità di materiali in grado di resistere ad ambienti acidi aggressivi, in particolare acidi solforici (H₂SO₄) e fosforici (H₃PO­s), è fondamentale. La lega 28 (UNS N08028), una lega inossidabile austenitica con alto contenuto di nichel e cromo, offre una resistenza eccezionale sia alla corrosione uniforme che localizzata in questi ambienti duri.

A differenza degli acciai inossidabili convenzionali o delle leghe di nichel di qualità inferiore, la lega 28 fornisce la resistenza superiore della corrosione della vaiolatura, della fessura e di intergranulare, mentre mantiene la lavorabilità e la saldabilità eccellenti. Questo articolo esplora i meccanismi delle prestazioni del materiale nei mezzi acidi, con particolare attenzione all'affidabilità del processo nei sistemi di acido fosforico/solforico e include dati sulla velocità di corrosione a concentrazioni variabili.

Composizione chimica e progettazione della lega

La lega 28 è progettata con un equilibrio ottimizzato di elementi di lega:

Le caratteristiche metallurgiche chiave includono:

• Cr e Mo alti → Forma un film passivo stabile, critico nei sistemi acidi contenenti cloruro.

• Il contenuto di nichel> 30% → migliora la resistenza agli acidi riducenti e al cloruro SCC.

• Basso C e N → Riduce la sensibilizzazione e l'attacco intergranulare post-saldatura.

Questo equilibrio garantisce che la lega 28 si esibisca bene sia in ambienti acidi ossidanti che riducenti, rari per una singola lega.

Comportamento della corrosione dell'acido solforico

L'acido solforico, specialmente in forme ad alta concentrazione o contaminate, è uno dei prodotti chimici industriali più corrosivi. Osservazioni chiave:

• A bassa concentrazione (<20%) H₂SO promuove la corrosione generale.

• A medio raggio (20-60%) spesso provoca un attacco localizzato, specialmente sotto il calore e il ristagno.

• L'alta concentrazione (>80%) crea un comportamento passivo a causa degli effetti di disidratazione acida.

Questo comportamento passivo deriva dalla formazione di uno strato di ossido ricco di Cr, rinforzato da Mo contro la vaiolatura.

Prestazioni nei sistemi di acido fosforico

Nelle piante di fertilizzanti fosfatici e nelle unità di acido fosforico a processo umido:

• H₃PO₄ è spesso contaminato da fluoro, cloruri e solidi sospesi.

• Queste condizioni rappresentano un elevato rischio di SCC per l'acciaio inossidabile di bassa qualità.

La lega 28 ha mostrato:

• Pitting trascurabile o attacco di fessura nel 30-50% di H₃PO₄ a 70-90 ° C.

• Nessun SCC nei test di immersione a lungo termine (ASTM G36).

• Compatibilità eccellente con l'attrezzatura dell'evaporatore, del digestore e del cristallizzatore.

Inoltre, le aggiunte di Cu migliorano la resistenza della lega 28 nelle condizioni di acido misto che riduce ossidante, spesso incontrate nelle piante di fertilizzante a più fasi.

Saldabilità e stabilità microstrutturale

A differenza di molte leghe ad alte prestazioni, la lega 28 è:

• Completamente saldabile utilizzando tecniche GTAW o SMAW standard.

• Compatibile con metalli di riempimento come ERNiCrMo-3 o ERNiCrMo-10.

• Nessun trattamento termico post-saldatura richiesto nella maggior parte delle condizioni di servizio.

L'analisi microscopica dei giunti saldati mostra:

• Nessuna precipitazione in carburo o sensibilizzazione ai confini del grano dopo la saldatura.

• Microstruttura austenitica stabile con distribuzione granulometrica uniforme.

Queste caratteristiche rendono la lega 28 adatta per riparazioni in loco e serbatoi e tubazioni su misura.

Applicazioni industriali

La lega 28 è utilizzata in:

• Evaporatori, scambiatori di calore e reattori in impianti di acido fosforico.

• Unità di recupero dell'acido speso nei sistemi di acido solforico.

• Tubi di trasferimento di calore in ambienti con acido termico (fino a 120 ° C).

• Tubazioni, gomiti e valvole nei fanghi di fertilizzante.

Caso di studio: in un'unità di alchilazione di acido solforico, i tubi in lega 28 hanno mostrato una velocità di corrosione inferiore a 0,05mm/anno dopo 3 anni di funzionamento, superando le leghe 316L e 904L in condizioni identiche.

Confronto con altre leghe

La lega 28 occupa il punto debole di prestazione-costo, offrendo la resistenza superiore sopra gli acciai inossidabili standard mentre è più economica delle superleghe del alto-nichel come C-276.

Considerazioni e limitazioni di progettazione

Mentre versatile, la lega 28 ha alcune limitazioni:

• Non è ideale sopra i 300 ° C a causa dei rischi di diffusione del bordo del grano.

• Evitare le zone stagnanti per prevenire la corrosione interstiziale negli acidi clorurati.

• In ambienti con combinazioni di acido fluoridrico o ossidante ad alto contenuto di cloruro, possono essere necessarie opzioni più legate come C-22.

Consigli di progettazione:

• Mantenere la velocità del fluido> 1,5 m/s nelle condotte.

• Utilizzare giunti flangiati con rivestimento in PTFE per una migliore sigillatura.

• Applicare l'elettrolucidatura alle superfici interne per massimizzare la passività.

Prospettive future

Con la crescente enfasi sulla produzione di fertilizzanti verdi, sul riciclaggio degli acidi di scarto e sulla raffinazione dei minerali critici, si prevede che la lega 28:

• Espandere in sistemi di produzione di fosfato a batteria.

• Essere applicato nella lisciviazione di acido solforico di minerali di terre rare.

• Essere utilizzato in piante di concentrazione di acido di economia circolare con elevata tolleranza di impurità.

I nuovi sviluppi includono:

• Versioni microlegate con regolazione fine per una resistenza al fluoro ancora più elevata.

• Metodi di fabbricazione che utilizzano rivestimenti legati a esplosione su acciaio al carbonio per ridurre i costi.

La lega 28 è un materiale strategicamente ingegnerizzato che colma lo spazio tra l'acciaio inossidabile e le leghe di corrosione completamente a base di nichel. La sua resistenza alla corrosione localizzata, specialmente in ambienti di acido solforico e fosforico, lo rende ideale per le condizioni esigenti nei settori di fertilizzanti, prodotti chimici e raffinazione.

Combinando stabilità allo stato solido, facilità di fabbricazione e lunga durata, la lega 28 non solo offre prestazioni convenienti, ma stabilisce anche uno standard per l'affidabilità nei sistemi di movimentazione dell'acido industriale duro.