Degradação térmica refere-se ao fenômeno pelo qual aço inoxidável perde suas propriedades benéficas devido à exposição prolongada a altas temperaturas. Esse processo representa um risco significativo para os sistemas que utilizam tubos de aço inoxidável e acessórios. A exposição prolongada a altas temperaturas altera fundamentalmente a estrutura interna do metal, uma mudança que diminui a resistência mecânica e reduz resistência à corrosão.
O que é degradação térmica?
A degradação térmica NÃO é o mesmo que fusão. Em vez disso, envolve mudanças metalúrgicas lentas dentro do metal sólido. Essas mudanças ocorrem principalmente entre 400 ℃ e 900 ℃ (750 ℉ e 1650 ℉). A alta temperatura faz com que certos elementos se movam e precipitem. Esse movimento forma novas fases frágeis. Consequentemente, o metal perde sua resistência e ductilidade originais.
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Principais mecanismos de degradação térmica
Vários mecanismos distintos levam à perda da integridade do material. Em condições operacionais de alta temperatura, esses processos ocorrem frequentemente de forma simultânea.
Formação da Fase Sigma
A fase sigma (σ) é um composto intermetálico frágil rico em cromo e molibdênio.Esta fase se forma lentamente em austenítico e aços inoxidáveis duplex.A fase σ forma-se normalmente numa faixa de temperatura entre 600 °C e 900 °C (1112 °F e 1650 °F). Sua formação reduz significativamente a resistência do material e aumenta o risco de fraturas por impacto.
Fragilização a 475 °C
Este fenômeno afeta principalmente os aços inoxidáveis ferríticos e duplex. Quando os materiais são expostos por longos períodos a temperaturas próximas a 475 °C (885 °F), os átomos de cromo se acumulam na matriz metálica. Esse acúmulo aumenta significativamente a dureza do material, mas, ao mesmo tempo, torna o aço extremamente frágil à temperatura ambiente. Essa fragilidade representa riscos durante as operações de manutenção e inspeção.
Precipitação de carboneto
A precipitação de carboneto é comumente referida como sensibilização. Afeta principalmente os aços inoxidáveis austeníticos, tais como 304.Na faixa de temperatura de 450 °C a 850 °C, os carbonetos de cromo se formam ao longo dos limites dos grãos. Esse processo esgota o cromo do metal circundante, fazendo com que as regiões empobrecidas em cromo percam sua camada de passivação. Consequentemente, o aço se torna altamente suscetível a corrosão intergranular.
| Mecanismo | Séries afetadas | Faixa de temperatura | Efeito primário |
|---|---|---|---|
| fase σ | Austenítico, Duplex | 600 °C a 900 °C (1112 °F a 1650 °F) | Fragilidade grave |
| Fragilização a 475 °C | Ferrítico, Duplex | ≤ 475 °C (885 °F) | Aumento da dureza, perda de ductilidade |
| Precipitação de carboneto | Austenítico (304, 316) | 450 °C a 850 °C (840 °F a 1560 °F) | Suscetibilidade à corrosão intergranular |
Efeitos da degradação térmica em sistemas de tubulação
A fragilização induzida pela fase σ limita a capacidade de flexão do material, tornando o aço inoxidável propenso a rachaduras. Qualquer impacto mecânico inesperado pode causar falha imediata.
Carbureto A sensibilização induzida pela precipitação reduz significativamente a resistência à corrosão. As áreas afetadas tornam-se suscetíveis à erosão química, levando à deterioração prematura. corrosão por pite e falhas em tubulações de processo.
A degradação térmica reduz a vida útil esperada do equipamento, exigindo a substituição prematura de componentes e aumentando significativamente os custos de manutenção a longo prazo.
Falhas em linhas de alta pressão ou alta temperatura representam riscos à segurança. Manter a integridade estrutural é essencial para uma operação segura.
Seleção de materiais e mitigação
- Graus de baixo carbono:
304L e 316L As notas são recomendadas. letra “L” após a nota denota baixo teor de carbono. Isso minimiza a precipitação de carboneto, reduzindo assim o risco de sensibilização durante a soldagem ou serviço em alta temperatura. - Grades estabilizadas:
Notas como 321 e 347 contêm elementos estabilizadores (titânio ou nióbio). Esses elementos formam preferencialmente carbonetos, impedindo a formação de carbonetos de cromo prejudiciais. - Controle de aço duplex:
Os aços duplex exigem um controle rigoroso da fabricação para limitar o teor de ferrita, minimizando o risco de formação da fase σ.
Estratégias de prevenção em tubulações de alta temperatura
| Estratégia | Tipo de componente | Ação de mitigação |
|---|---|---|
| Escolha do material | Tubos, conexões, flanges | Use graus de baixo carbono (“L”) ou estabilizados |
| Soldagem | Juntas soldadas | Utilizar métodos especializados de soldagem com baixa entrada de calor |
| Tratamento térmico | Componentes fabricados | Recozimento de solução pós-soldagem para redissolver carbonetos |
| Design | Estrutura do sistema | Evite longos tempos de espera em faixas de temperatura críticas |
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