Nous fabriquons un système d'épuration pour une usine d'acide sulfurique utilisant des plaques et des tuyaux en Incoloy 825. Quel métal d'apport devons-nous utiliser pour garantir que le métal soudé correspond à la résistance à la corrosion du métal de base ?

1. Chimie des matériaux et avantage de la « stabilisation du titane »

Q : Nos spécifications de tuyauterie pour usine d’acide sulfurique nécessitent UNS N08825. Quel est le rôle spécifique du titane dans cet alliage et pourquoi est-il essentiel pour les tubes soudés en service acide ?

R : L'ajout de titane (0,6 à 1,2 %) dans l'Incoloy 825 n'est pas simplement un oligo-élément ; il s'agit d'un mécanisme de contrôle métallurgique délibéré conçu pour empêcher la corrosion intergranulaire après un soudage ou une exposition thermique.

Dans les aciers inoxydables standard, lorsque le matériau est chauffé dans la plage de sensibilisation (environ 900 à 1 500 degrés F / 450 à 800 degrés), le carbone se combine avec le chrome pour former des carbures de chrome aux joints de grains. Cela épuise les zones adjacentes de chrome, les rendant vulnérables à une attaque rapide dans des environnements acides -un phénomène connu sous le nom de « dégradation des soudures ».

Dans UNS N08825, le titane a une plus grande affinité pour le carbone que le chrome. Lors du traitement thermique ou du cycle thermique de soudage, le titane se combine préférentiellement au carbone pour former de minuscules carbures de titane (TiC) inoffensifs. Ce processus est appelé « stabilisation ».

Pourquoi c’est important pour les canalisations d’acide :
Étant donné que le titane « piége » le carbone, le chrome reste en solution solide, maintenant la couche passive-résistante à la corrosion jusqu'au joint de grain. Cela signifie que les tuyaux ou tubes sans soudure Incoloy 825 peuvent être utilisés à l'état tel que-soudé pour la plupart des services acides sans nécessiter un recuit de solution post-soudage pour restaurer la résistance à la corrosion. Pour les équipements de décapage et les lignes de production d'acide où les soudures sont inévitables, cette stabilisation garantit que l'ensemble du système -métal de base et -zone affectée par la chaleur- présente une résistance uniforme aux attaques.

2. Service d'acide sulfurique et phosphorique

Q : Pourquoi l'Incoloy 825 est-il spécifié pour les canalisations dans la production d'acide sulfurique et phosphorique par rapport à l'acier inoxydable 316L standard ou même aux alliages de nickel de qualité supérieure-comme le C-276 ?

R : Le choix de l'Incoloy 825 pour les canalisations de production d'acide se résume à un équilibre spécifique entre résistance à la corrosion et rentabilité, en particulier dans la "plage moyenne-" des concentrations et des températures d'acide.

Le mécanisme :

Acide sulfurique (H₂SO₄) : L'acier inoxydable 316L standard fonctionne correctement dans l'acide sulfurique très dilué ou très concentré à température ambiante, mais il échoue rapidement dans la plage de concentration intermédiaire (20 à 60 %) à des températures élevées. La teneur en cuivre (1,5 à 3,0 %) et en molybdène (2,5 à 3,5 %) du 825 agit en synergie pour fournir une résistance à cet environnement acide réducteur. Le cuivre améliore spécifiquement la passivation dans l'acide sulfurique, une caractéristique qui manque au 316L.

Acide phosphorique (H₂PO₄) : dans le « procédé humide » de production d'acide phosphorique (utilisé pour les engrais), l'acide contient des quantités importantes d'impuretés comme des chlorures, des fluorures et du gypse.. 316L souffre de piqûres et de corrosion caverneuse dans cet environnement. La teneur élevée en nickel de l'alliage 825 (~ 42 %) résiste à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure, tandis que la teneur en molybdène résiste aux piqûres causées par les halogénures.

Pourquoi pas le C-276 ?
Les alliages comme le C-276 offrent une résistance à la corrosion encore plus élevée, mais ils sont nettement plus chers en raison de leur teneur plus élevée en molybdène et en tungstène. Pour la majorité des évaporateurs, tuyaux et récipients de réaction d'acide phosphorique, le 825 offre le « point idéal » -des performances supérieures à l'acier inoxydable à un coût inférieur à celui des alliages de nickel haut de gamme-. Il est souvent considéré comme l'alliage de nickel d'entrée de gamme « bête de somme » pour les services acides.

3. Équipement de décapage et traitement de surface

Q : Notre ligne de décapage utilise un mélange d'acide nitrique (HNO₃) et d'acide fluorhydrique (HF) pour détartrer l'acier inoxydable. Nous spécifions l'Incoloy 825 pour les serpentins de chauffage et la tuyauterie des réservoirs. Qu'est-ce qui le rend adapté à cet environnement acide mixte -agressif ?

R : Le décapage avec un mélange d'acide nitrique et fluorhydrique (HNO₃/HF) est l'un des environnements les plus corrosifs dans une usine de transformation des métaux. Ce mélange est conçu pour attaquer et éliminer le tartre, il attaquera donc également les équipements qui en contiennent. L'Incoloy 825 est sélectionné pour ce service en raison de sa double capacité : résistance aux acides oxydants (nitriques) et réducteurs (fluorhydrique).

Le double mécanisme :

Chrome pour la résistance à l'oxydation (HNO₃) : La teneur en chrome (19,5 à 23,5 %) forme un film d'oxyde stable et passif qui résiste à la nature hautement oxydante de l'acide nitrique.

Nickel et molybdène pour réduire la résistance (HF) : L'acide fluorhydrique est un acide réducteur qui attaque les matériaux en détruisant les films passifs. La teneur élevée en nickel du 825 offre une résistance aux attaques HF. Le molybdène aide également à résister à la corrosion localisée que le HF peut induire.

Considérations sur le matériel de décapage :
Pour les équipements de décapage, tels que les serpentins de chauffage par immersion ou les pompes de circulation, l'alliage doit également résister aux cycles thermiques et à l'érosion due au mouvement de la solution de décapage. Bien que le 825 ait une bonne ouvrabilité, les fabricants doivent noter qu'en raison de sa haute résistance à la corrosion, le tartre d'oxyde formé lors du formage à chaud est un peu plus difficile à éliminer que sur l'acier inoxydable 304. Décaper leéquipement fabriqué lui-même(pour éliminer le tartre de fabrication) nécessite un bain fluorhydrique nitrique-fort ou, de préférence, une combinaison de détartrage alcalin suivi d'un décapage acide pour garantir une surface propre et passive.

4. Spécifications d'approvisionnement (ASTM B423 vs ASTM B163)

Q : Nous achetons un tuyau sans soudure UNS N08825 pour un échangeur de chaleur dans un processus chimique. Quelle est la différence entre une commande selon ASTM B423 et ASTM B163, et laquelle devons-nous spécifier ?

R : Il s’agit d’une distinction essentielle en matière d’approvisionnement. Les deux spécifications couvrent les tubes sans soudure UNS N08825, mais elles s'appliquent à différentes utilisations finales et ont des portées d'inspection différentes.

ASTM B423 (Nickel-Fer-Chrome-Molybdène-Tuyaux et tubes sans soudure en alliage de cuivre) : il s'agit de la spécification générale pour les tubes sans soudure en alliage 825.

. Il est généralement utilisé pour les systèmes de tuyauterie généraux, tels que les canalisations d'interconnexion dans une usine chimique ou une ligne de décapage. Il couvre une plus large gamme de diamètres et d'épaisseurs de paroi adaptés aux canalisations sous pression selon ASME B31.3.

ASTM B163 (Tubes de condenseur et d'échangeur de chaleur sans soudure en nickel et en alliage de nickel) : cette spécification est spécifiquement adaptée aux tubes utilisés dans les condenseurs de surface, les évaporateurs et les échangeurs de chaleur.

. Les principales différences résident dans les tolérances dimensionnelles plus strictes et les exigences de test souvent plus strictes.

Tolérances : B163 nécessite généralement un contrôle plus strict du diamètre extérieur (OD) et de l'épaisseur de paroi pour permettre un enroulement approprié des tubes dans les plaques tubulaires.

Tests : B163 impose souvent des tests non destructifs spécifiques-(courants de Foucault ou ultrasons) pour garantir que le tube est adapté aux exigences-d'intégrité à paroi mince et élevée-du service de transfert de chaleur.

Lequel préciser ?

Pour les tuyaux d'interconnexion (conduites de transfert, collecteurs) dans une usine d'acide : Spécifier ASTM B423.

Pour les tubes de l'échangeur de chaleur (les tubes réels à l'intérieur de l'échangeur à calandre et à tubes) : Spécifiez ASTM B163. Si vous commandez un tuyau B423 pour un faisceau de tubes d'échangeur de chaleur, vous constaterez peut-être que la tolérance OD est trop large pour obtenir un joint de dilatation hydraulique étanche-dans la plaque tubulaire.

5. Soudage et fabrication pour le service acide

Q : Nous fabriquons un système d'épuration pour une usine d'acide sulfurique utilisant des plaques et des tuyaux en Incoloy 825. Quel métal d'apport devons-nous utiliser pour garantir que le métal soudé correspond à la résistance à la corrosion du métal de base ?

R : Lors du soudage de l'Incoloy 825 pour un service acide, la règle générale est de "sur-allier" la soudure. Vous ne devez pas utiliser de métal d’apport de composition correspondante. La recommandation standard de l'industrie-est d'utiliser du métal d'apport ERNiCrMo-3 (alliage 625).

Pourquoi le mastic Alloy 625 ?

Ségrégation dans le bain de soudure : lors de la solidification du bain de fusion, les éléments d'alliage peuvent se séparer. Si vous avez utilisé un métal d'apport correspondant à la chimie 825 (Ni-Cr-Fe-Mo-Cu), le dépôt de soudure peut se retrouver avec des zones localisées appauvries en molybdène ou en cuivre, créant des sites d'attaque de corrosion préférentiels.

Teneur plus élevée en nickel : ERNiCrMo-3 (alliage 625) a une teneur en nickel plus élevée (~ 64 %) et en molybdène (9 %) plus élevée que le métal de base. Cette chimie « surpassée » garantit que le dépôt de soudure a une résistance à la corrosion au moins équivalente, et souvent meilleure, que celle du métal de base 825 dans les environnements acides. Il agit comme un « tampon contre la corrosion ».

Stabilité de phase : la chimie de la charge 625 est plus stable métallurgiquement à l'état tel-soudé et résiste à la formation de phases délétères qui pourraient être attaquées dans l'acide chaud.

Meilleures pratiques de fabrication :

Propreté : les alliages de nickel sont susceptibles d'être fragilisés par les contaminants. Assurez-vous que la zone de soudage est exempte de graisse, d'huile et de composés de marquage. Les marques de meulage doivent être propres, car la contamination par le fer peut endommager la couche passive.

Apport de chaleur : contrôlez l’apport de chaleur pour éviter une accumulation excessive de chaleur. Un apport de chaleur modéré avec une température entre les passes contrôlée (généralement inférieure à 300 degrés F / 150 degrés) est recommandé pour éviter les fissures à chaud.