A quina combinació específica de concentració i temperatura d'àcid sulfúric requereix una funda d'acer inoxidable 316 de 2,0 mil·límetres per sota de 5 watts per centímetre quadrat per evitar la corrosió activa als banys de decapat metàl·lics?

Els enginyers de processos que construeixen escalfadors d'immersió elèctrics per a banys de decapat metàl·lics a les fàbriques d'acer i les indústries de fabricació de metalls s'enfronten a una de les condicions més dures per a les beines d'acer inoxidable 316 quan s'enfronten a l'àcid sulfúric a temperatures extremes. Els banys de decapat s'utilitzen habitualment a temperatures de 60 a 90 graus i concentracions d'àcid sulfúric del 10 al 25%, sovint amb sals de ferro dissoltes, la qual cosa complica encara més el comportament de la corrosió. Sovint s'escull un gruix de paret de 2,0 mm per permetre la corrosió i donar resistència mecànica a la turbulència del bany i al contacte amb la peça de treball. Tanmateix, el funcionament a densitats de watts normals de 8-12 W/cm2 fa que la temperatura de la superfície de la coberta sigui 20-40oC superior a la temperatura del bany a granel, cosa que pot provocar que la funda entri en règim de corrosió actiu amb taxes de corrosió superiors a 5 mm per any. En aquest article, identifiquem les combinacions de temperatura-concentració aplicables per a les quals una funda 316 de 2,0 mm s'ha de reduir per sota de 5 W/cm2 per mantenir-se dins del règim de corrosió passiva.

Acer inoxidable 316 en àcid sulfúric: la transició de passiu a actiu
L'article 30 estableix que en l'àcid sulfúric la transició passiva-activa de l'acer inoxidable 316 depèn en gran mesura de la temperatura i la concentració. Les taxes de corrosió són <0,2 mm any-1 en règim passiu. En règim actiu, les taxes són de 5-20 mm anuals. El límit de transició de les condicions del bany de decapat segueix una determinada corba. La temperatura de transició del 10 per cent. l'àcid sulfúric és d'uns 55 graus C. Al 15% hi ha una transició de 45 graus. Al 20% baixa a 38 graus. Puja fins a 32 graus . - 25%. Per a un escalfador en un bany a granel a 70 graus amb un 15% d'àcid sulfúric, la condició a granel ja supera la temperatura de transició de 45 graus: el bany és activament corrosiu a 316 sense flux de calor. 316 no és adequat en aquestes circumstàncies, independentment del gruix de la paret o de la densitat de watts. No obstant això, molts banys de decapat es troben a la zona de transició on les condicions a granel són passives, però l'augment de la temperatura de la superfície de la funda, a causa del flux de calor, empeny la funda al règim actiu. L'augment de temperatura des de la massa fins a la superfície de la funda és d'uns 25-30 graus per a una funda de 2,0 mm a 10 W/cm². Un bany a granel a 40 graus amb un 15% d'àcid (passiu) dóna lloc a una temperatura superficial de la funda de 65-70 graus, que supera la transició de 45 graus, de manera que es produeix corrosió activa a la superfície de la funda malgrat que el bany a granel és passiu.

Llindars de reducció crítica de 2,0 mil·límetres
Les necessitats de reducció de les proves de corrosió de 316 mostres, a temperatures i concentracions pertinents als banys de decapat, són les següents. Beina amb paret de 2,0 mm. Els valors són la densitat màxima de watts que manté la temperatura de la superfície de la coberta almenys 5 graus per sota de la temperatura de transició passiva-activa per a la concentració de massa donada.

Concentració d'àcid sulfúric a granel Temperatura del bany a granel Passiva-Temperatura de transició activa a aquesta concentració Temperatura màxima de la superfície de la funda (transició: marge de seguretat de 5 graus) Màx. Densitat de watts permesa per a 2,0 mm. Funda Acció recomanada 10% 30 graus 55 graus 50 graus 12 W/cm² Segur amb densitat de watt estàndard
10% 40 graus 55 graus 50 graus 6 W/cm² Reducció 10% 45 graus 55 graus 50 graus 3 W/cm2 Marginal; Considereu l'actualització de l'aliatge un 10% Per sobre de 48 graus 55 graus 50 graus No és possible Titani o aliatge 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Segur amb densitat de watts moderada
15% 30 graus 45 graus 40 graus 6 W/cm² Reducció necessària
15% 35 graus 45 graus 40 graus 2 W/cm2 No és pràctic canvi d'aliatge
15% Per sobre de 38 graus 45 graus 40 graus No és possible 316 No és pràctic
20% 20 graus 38 graus 33 graus 8 W/cm² Segur amb baixa densitat de watts
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Reducció major 20% Per sobre de 28C 38C 33C No és possible 316 no s'adapta
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 graus 32 graus 27 graus No és possible Utilitzeu aliatge 20 o titani
Per a un bany de decapat típic a un 15% d'àcid sulfúric i una temperatura a granel de 35 graus, la funda 316 de 2,0 mm ha d'estar a 2 W/cm2 o menys per evitar la corrosió activa. Amb aquesta densitat de watts, l'escalfador seria un escalfador poc llarg per a requeriments de potència mitjans de 10-20 kW. Per tant, 316 no és l'adequat per a aquest servei. Els enginyers haurien de considerar l'ús de l'Aliatge 20 (Carpenter 20) o l'Aliatge 825, tots dos amb temperatures de transició passiva-activa de 30 a 50 graus superiors a 316 en àcid sulfúric.

Canvis de disseny per evitar la corrosió activa sense disminució de potencia
Si les condicions del bany de decapat són properes al límit de transició i una funda 316 de 2,0 mm ja està al seu lloc o és necessària, tres ajustos de disseny poden evitar la corrosió activa sense baixar la densitat de watts per sota dels límits pràctics. El primer és millorar la circulació d'àcid a través de la superfície de calefacció. El flux turbulent amb una velocitat d'1-2 m/s disminueix l'augment de temperatura de la superfície de la funda de 25-30 a 10-15 graus, cosa que pot evitar que la funda arribi al punt de transició. La segona alteració és afegir un agent oxidant al bany. Petites addicions d'ions fèrrics o de peròxid d'hidrogen poden canviar la transició passiva-activa a temperatures més altes en 10-20 graus C, tornant a un comportament passiu. El tercer canvi és el disseny de l'escalfador de densitat dual-watt que té una densitat de potència més baixa a la part inferior del bany amb les temperatures més altes a causa de l'estratificació . Per a la majoria d'aplicacions de bany de decapat, la solució d'enginyeria és actualitzar de 316 a un aliatge més resistent. Normalment, la diferència de cost entre una funda 316 de 2,0 mm i una funda Alloy 20 de la mateixa mida és del 30-50%, però la vida útil millora de mesos a 5-10 anys. Quan s'especifiquen escalfadors per a banys de decapat, els enginyers haurien de proporcionar al proveïdor la composició completa del bany, el rang de temperatura i el grau de turbulència previst. Si el fabricant recomana 316 per àcid sulfúric al 15% a 50 graus i no parla de la disminució de la potència ni de la possibilitat de corrosió activa, no estan donant consells competents. El canvi de corrosió passiva a activa en l'àcid sulfúric és ràpid i sense pietat. Una funda de 2,0 mm que perd 5 mm/any en corrosió activa es perforarà en menys de 5 mesos. Desclassificació<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.