Degradación térmica se refiere al fenómeno por el cual acero inoxidable pierde sus propiedades beneficiosas debido a la exposición prolongada a altas temperaturas. Este proceso supone un riesgo significativo para los sistemas que emplean tubos de acero inoxidable y accesorios. La exposición prolongada a altas temperaturas altera fundamentalmente la estructura interna del metal, un cambio que disminuye la resistencia mecánica y reduce resistencia a la corrosión.
¿Qué es la degradación térmica?
La degradación térmica NO es lo mismo que la fusión. En cambio, implica cambios metalúrgicos lentos dentro del metal sólido. Estos cambios se producen principalmente entre 400 ℃ y 900 ℃ (750 ℉ y 1650 ℉). La alta temperatura hace que ciertos elementos se muevan y precipiten. Este movimiento forma nuevas fases frágiles. En consecuencia, el metal pierde su dureza y ductilidad originales.
Qué hacemos
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Mecanismos clave de la degradación térmica
Múltiples mecanismos distintos provocan la pérdida de integridad del material. En condiciones de funcionamiento a altas temperaturas, estos procesos suelen producirse simultáneamente.
Formación de la fase Sigma
La fase sigma (σ) es un compuesto intermetálico frágil rico en cromo y molibdeno.Esta fase se forma lentamente en austenítico y aceros inoxidables dúplex.La fase σ se forma normalmente en un rango de temperaturas comprendido entre 600 °C y 900 °C (1112 °F y 1650 °F). Su formación reduce significativamente la tenacidad del material y aumenta el riesgo de fractura frágil por impacto.
Fragilización a 475 °C
Este fenómeno afecta principalmente a los aceros inoxidables ferríticos y dúplex. Cuando los materiales se exponen durante períodos prolongados a temperaturas cercanas a los 475 °C (885 °F), los átomos de cromo se acumulan dentro de la matriz metálica. Esta acumulación aumenta significativamente la dureza del material, pero al mismo tiempo hace que el acero sea extremadamente frágil a temperatura ambiente. Esta fragilidad plantea riesgos durante las operaciones de mantenimiento e inspección.
Precipitación de carburo
La precipitación de carburo se conoce comúnmente como sensibilización.Afecta principalmente a los aceros inoxidables austeníticos, tales como 304.En el rango de temperaturas de 450 °C a 850 °C, se forman carburos de cromo a lo largo de los límites de grano. Este proceso agota el cromo del metal circundante, lo que provoca que las regiones empobrecidas en cromo pierdan su capa de pasivación. En consecuencia, el acero se vuelve muy susceptible a corrosión intergranular.
| Mecanismo | Grados afectados | Rango de temperatura | Efecto primario |
|---|---|---|---|
| fase σ | Austenítico, dúplex | 600 °C a 900 °C (1112 °F a 1650 °F) | Fragilidad grave |
| Fragilización a 475 °C | Ferrítico, dúplex | ≤ 475 °C (885 °F) | Aumento de la dureza, pérdida de ductilidad |
| Precipitación de carburo | Austenítico (304, 316) | 450 °C a 850 °C (840 °F a 1560 °F) | Susceptibilidad a la corrosión intergranular |
Efectos de la degradación térmica en los sistemas de tuberías
La fragilidad inducida por la fase σ limita la capacidad de flexión del material, lo que hace que el acero inoxidable sea propenso a agrietarse. Cualquier impacto mecánico inesperado puede provocar un fallo inmediato.
Carburo La sensibilización inducida por la precipitación reduce significativamente la resistencia a la corrosión. Las áreas afectadas se vuelven susceptibles a la erosión química, lo que conduce a un deterioro prematuro. corrosión por picadura y fallos en las tuberías de proceso.
La degradación térmica acorta la vida útil prevista de los equipos, lo que obliga a sustituir prematuramente los componentes y aumenta considerablemente los costes de mantenimiento a largo plazo.
Las averías en las líneas de alta presión o alta temperatura suponen un riesgo para la seguridad. Mantener la integridad estructural es esencial para un funcionamiento seguro.
Selección de materiales y mitigación
- Grados bajos en carbono:
304L y 316L Se recomiendan las calificaciones. El letra “L” después de la calificación denota un bajo contenido de carbono. Esto minimiza la precipitación de carburo, reduciendo así el riesgo de sensibilización durante la soldadura o el servicio a altas temperaturas. - Grados estabilizados:
Calificaciones tales como 321 y 347 contienen elementos estabilizadores (titanio o niobio). Estos elementos forman preferentemente carburos, lo que evita la formación de carburos de cromo nocivos. - Control de acero dúplex:
Los aceros dúplex requieren un estricto control de fabricación para limitar el contenido de ferrita, minimizando el riesgo de formación de la fase σ.
Estrategias de prevención en tuberías de alta temperatura
| Estrategia | Tipo de componente | Medidas de mitigación |
|---|---|---|
| Elección del material | Tuberías, accesorios, bridas | Utilice grados bajos en carbono (“L”) o estabilizados. |
| Soldadura | Juntas soldadas | Utilizar métodos especializados de soldadura con baja entrada de calor. |
| Tratamiento térmico | Componentes fabricados | Recocido de solubilización posterior a la soldadura para redisolver los carburos. |
| Diseño | Estructura del sistema | Evite tiempos de espera prolongados en rangos de temperatura críticos. |
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