Dos tipos de trincas ambientalmente assistidas de aço inoxidável austenítico, a trinca por corrosão sob tensão de cloreto (Cl-SCC) é a mais comum. (Para uma introdução a este tópico, certifique-se de ler Corrosão sob tensão com cloreto, ácido cáustico e ácido politiônico.)
O Cl-SCC tem sido a causa observada de falha em vários cenários, de dispositivos médicos a tubos condensadores em trocadores de calor, componentes de piscinas, peças usadas em aplicações marítimas e sob isolamento de tubulação externa em uma refinaria. Mesmo quando uma corrente de processo não contém cloretos, um hidroteste com água contaminada com cloreto pode gerar Cl-SCC porque a concentração de cloreto se acumula em pequenas poças na superfície do metal. Portanto, embora o Cl-SCC seja um mecanismo de falha bem conhecido, sua ocorrência é muitas vezes inesperada.
Figura 1. Rachadura por corrosão sob tensão causada pela infiltração de cloretos do isolamento na superfície de metal quente do aço inoxidável. (Fonte: Laboratório de Engenharia de Corrosão da NASA.)
Fatores Ambientais que Afetam a Corrosão por Estresse de Cloro (Cl-SCC)
Cl-SCC muitas vezes inicia em locais de pitting localizado ou ataque de corrosão em fresta e ocorre quando a trinca cresce mais rapidamente a partir do pite ou fresta do que a taxa de corrosão uniforme. (Leitura relacionada: Entendendo a corrosão por pites para evitar falhas catastróficas.) Para Cl-SCC iniciar, a presença de ambos os íons cloreto (Cl-) e uma tensão de tração. No entanto, outros fatores ambientais podem afetar o processo de iniciação de trincas e incluem temperatura, pH, nível de oxigênio e umidade.
Muitos sugerem que uma temperatura acima de 60 °C (140 °F) é necessária para Cl-SCC, mas há muitos relatos de Cl-SCC ocorrendo a 50 °C (122 °F) ou abaixo. Acima de 80 °C (176 °F), o aparecimento de Cl-SCC pode ser muito rápido; portanto, temperaturas de excursão e tempo de temperatura podem ser fatores críticos na iniciação e propagação de Cl-SCC.
O nível de cloreto para produzir Cl-SCC é uma função da tensão de tração com tensões de tração mais altas exigindo menos Cl- concentração. Falhas foram relatadas em ambientes tão baixos quanto 10 ppm Cl- porque alguns ppm de Cl- no fluxo do processo pode ser concentrado a centenas de ppm na área de evaporação. Uma vez iniciada a corrosão por pite, Cl- você pode se concentrar ainda mais no fundo do poço. Embora o maior teor de molibdênio (Mo) no aço inoxidável austenítico possa melhorar a resistência ao pite, a suscetibilidade dessas ligas ao Cl-SCC ainda permanece.
A tensão de tração abaixo do limite elástico macroscópico é suficiente para iniciar Cl-SCC. Tensões mais altas afetam a propagação da trinca, embora o fator crítico seja a deformação na ponta da trinca. A tensão de tração pode ser aplicada ou residual, como na soldagem. A taxa de propagação da trinca é mais uma função da temperatura do que do nível de tensão.
O nível de oxigênio é outro fator importante para Cl-SCC. Se o nível de oxigênio estiver na faixa de 0,01 a 0,1 ppm, soluções aquosas contendo níveis baixos a moderados de Cl- eles são menos propensos a quebrar um aço inoxidável austenítico. Note que o O2 a solubilidade em água a cerca de 60 °C é de cerca de 8 ppm e, portanto, é frequentemente considerada um fator contribuinte. Em temperaturas superiores a 250 a 300 °C (480 °F a 570 °F), a presença de oxigênio é um fator importante no Cl-SCC.
pH mais baixo pode iniciar Cl-SCC em baixo Cl- concentração. Até certo ponto, um pH mais alto demonstrou fornecer alguma imunidade. No entanto, é o pH ou H+ concentração na ponta da trinca, e não o pH da corrente do processo, que é o fator crítico para a iniciação/propagação da trinca. Conforme observado em Corrosão sob tensão com cloreto, ácido cáustico e ácido politiônicorachaduras cáusticas podem ocorrer em soluções cáusticas fortes.
Sulfeto de hidrogênio (H2S) parece ter um efeito sinérgico em Cl-SCC com Cl-SCC sendo observado à temperatura ambiente com Cl relativamente baixo- concentrações
Cloretos orgânicos podem ser hidrolisados com água para produzir ácido clorídrico (HCl). Portanto, a presença de um cloreto orgânico combinado com água em uma corrente de processo tem propensão a causar Cl-SCC.
Contador Cl-SCC
Quando um engenheiro de corrosão ou metalúrgico é solicitado a especificar um aço inoxidável austenítico para uma aplicação, a primeira pergunta feita é se há cloretos no fluxo ou ambiente do processo e, se presentes, eles podem ser reduzidos ou reduzidos? alterar a temperatura. Por exemplo, a temperatura pode ser aumentada adicionando isolamento para evitar a condensação na superfície do metal ou resfriamento rápido da temperatura do fluxo do processo onde uma liga à base de níquel é usada.
Alterar as condições do processo é a melhor abordagem para minimizar o Cl-SCC. Quando não for viável, pode-se aplicar tensão compressiva por shot peening, mas nem sempre tais tensões compressivas podem ser mantidas devido à soldagem pós-fabricação e montagem de componentes que não se alinham perfeitamente, resultando em tensões residuais de tração. O mesmo comentário pode ser feito para usar um recozimento de alívio de tensão de montagem final para remover tensões de tração residuais.
Os inibidores químicos podem minimizar o potencial de Cl-SCC evitando a acidificação em locais de corrosão local ou deslocando o potencial eletroquímico para fora da faixa de Cl-SCC. No entanto, o inibidor químico específico e sua concentração com o fluxo do processo devem primeiro ser avaliados e monitorados continuamente para estabelecer sua eficácia.
Atualizar a metalurgia para outra liga é outra abordagem viável. Por exemplo, um aço inoxidável duplex pode ser considerado. Um aço inoxidável duplex tem uma microestrutura bifásica que consiste em aproximadamente uma mistura 50/50 de grãos austeníticos e ferríticos, mas tem limitações de temperatura em comparação com os aços inoxidáveis austeníticos. As ligas Duplex possuem excelente resistência à corrosão com alta resistência ao pitting (PREN); essas ligas têm tensões de limiar mais altas e temperaturas em torno de 130 °C (266 °F) para suscetibilidade a Cl-SCC. Da mesma forma, considera-se que os aços inoxidáveis ferríticos possivelmente resistem à fissuração dependendo da composição, mas também têm limitações de temperatura. Ligas com maior teor de Ni, como aços inoxidáveis superausteníticos, tendem a não rachar em Cl.- ambientes. A liga 825 é outra alternativa razoável. (Leitura relacionada: Entendendo a relação entre tensão e corrosão.)
morfologia da rachadura
A morfologia da fissuração é inicialmente transgranular ou através dos grãos metálicos por um mecanismo de clivagem. Freqüentemente, pode haver vários locais de iniciação e a fenda pode ser altamente ramificada. Pode transitar para um mecanismo intergranular (ao longo dos contornos de grão) antes da fratura dúctil final.
O aquecimento de um aço inoxidável austenítico a 400°C a 800°C (750°F a 1470°F) por um período de tempo específico, como durante a operação ou soldagem de um aço inoxidável com alto teor de carbono, pode causar a precipitação de carbonetos ricos em cromo no grão. limites. Um grau estabilizado como o tipo 321 ou 347 levará mais tempo para ocorrer do que um tipo de alto carbono 304H. O resultado é o esgotamento do cromo ao longo dos contornos de grão, produzindo um caminho contínuo de menor resistência à corrosão ao longo dos contornos de grão. (Você pode estar interessado em ler: O papel do cromo na corrosão intergranular.) A morfologia da trinca será ramificada e intergranular.
Embora a iniciação do Cl-SCC seja por corrosão localizada, o mecanismo de propagação da trinca é complicado e não totalmente compreendido. Os mecanismos mais populares são dissolução de deslizamento, fragilização por hidrogênio e cisão induzida por filme ou sua combinação.
CI-SCC por soldagem
As falhas Cl-SCC são frequentemente associadas a uma solda porque a operação de soldagem introduz tensões residuais na área de solda. Na área de solda imediata, os picos de tensão podem exceder o limite de tensão para Cl-SCC. Com o advento dos aços inoxidáveis austeníticos tradicionais com dupla certificação, a precipitação de carboneto de cromo nos contornos de grão de solda com maior suscetibilidade a Cl-SCC não é mais um problema.