À quelle combinaison spécifique de concentration et de température d'acide sulfurique une gaine en acier inoxydable 316 de 1,2 millimètre nécessite-t-elle un recuit post--soudage pour éviter la corrosion intergranulaire dans les thermoplongeurs électriques ?

Le soudage de la fixation des brides de montage et des raccords à la gaine en acier inoxydable 316 doit être effectué pour les ingénieurs de fabrication et le personnel d'assurance qualité en charge des thermoplongeurs électriques destinés à être utilisés en service d'acide sulfurique. Le soudage génère de la chaleur qui peut produire une sensibilisation, la formation de carbures de chrome aux joints de grains dans la -zone affectée thermiquement. 316 sensibilisée perd sa résistance à la corrosion et devient sensible à la corrosion intergranulaire qui attaque préférentiellement les joints de grains, produisant une perte de matière rapide et une éventuelle panne de chauffage. L'épaisseur de paroi de la gaine contrôle le rythme de refroidissement après le soudage et la nécessité d'un recuit post-soudage. Dans ce travail, nous avons déterminé le seuil de concentration d'acide sulfurique nécessitant un recuit post-soudage pour éviter une attaque de corrosion intergranulaire dans une gaine 316 de 1,2 mm.

Sensibilisation et mécanisme de corrosion intergranulaire en 316
Lorsque l'acier inoxydable 316 est chauffé à des températures comprises entre 450°C et 850°C, la plage de sensibilisation, les carbures de chrome précipitent aux joints de grains. Une telle précipitation au point de rosée-élimine le chrome des régions proches des joints de grains, les laissant épuisées à moins de 12 % de chrome nécessaire pour former un film passif. En milieu corrosif, ces zones d'appauvrissement en chrome sont préférentiellement corrodées, entraînant une attaque des joints de grains et in fine un enlèvement de matière. La gaine à paroi mince de 1,2 mm-a une faible masse thermique et la chaleur peut se dissiper rapidement après le soudage. Cela conduit à un taux de refroidissement rapide. La paroi mince refroidit rapidement de la température de soudage jusqu'à moins de 450°C et passe peu de temps dans la zone de sensibilisation. Une gaine à paroi épaisse-> 3 mm a une vitesse de refroidissement plus lente, ce qui augmente le risque de sensibilisation. Cependant, pour une paroi de 1,2 mm, la vitesse de refroidissement est généralement suffisamment rapide pour éviter une sensibilisation dans les conditions conventionnelles de soudage à l'arc sous gaz tungstène. Ce n'est pas seulement l'épaisseur de la paroi qui est la clé, c'est aussi la teneur en carbone du matériau 316. Le 316L à faible teneur en carbone (max 0,03 % C) est particulièrement résistant à la sensibilisation quelle que soit l'épaisseur de la paroi. Le standard 316 (max 0,08 % de carbone) peut être sensibilisé s'il est refroidi trop lentement.

Concentration critique d'acide sulfurique pour la détection de la sensibilisation
La corrosion intergranulaire du 316 sensibilisé est particulièrement sévère à certaines concentrations d'acide sulfurique. Le test Strauss (ASTM A262 Practice E) combine de l'acide sulfurique bouillant à 16 % avec du sulfate de cuivre pour tester la sensibilisation. L'attaque intergranulaire est plus susceptible de se produire en service dans de l'acide sulfurique contenant 10 à 40 % à des températures supérieures à 50 °C. A moins de 10% l'acide n'est pas assez vigoureux pour cibler de préférence les joints de grains. Vers 40% environ, l'acide devient oxydant et repassive la surface, masquant la sensibilisation. La concentration seuil de risque de corrosion intergranulaire pour une gaine de 316 de 1,2 mm dans de l'acide sulfurique est d'environ 15 à 25 % à des températures de 60 à 80 °C. En dessous de 15 %, une gaine sensibilisée peut vivre des années sans agression évidente. À des concentrations supérieures à 25 %, l'acide peut être suffisamment oxydant pour arrêter l'attaque intergranulaire, mais les piqûres deviennent alors un problème. Dans la plage critique de 15 à 25 %, une gaine sensibilisée peut perdre 0,5 à 2,0 mm de matériau chaque année le long des joints de grains, perçant une paroi de 1,2 mm en quelques mois. Par conséquent, pour les applications avec des concentrations d'acide sulfurique comprises entre 15 % et 25 % et des températures supérieures à 50 °C, un recuit après soudage est fortement suggéré, sauf si le 316L est utilisé.

Matrice des exigences de recuit pour les gaines 316 soudées
Le tableau ci-dessous répertorie les recommandations pour le recuit post-soudage des gaines 316 de 1,2 mm pour différentes concentrations d'acide sulfurique, températures de fonctionnement et qualités 316 spécifiques utilisées. Le recuit consiste à chauffer l'assemblage soudé à 1050°C pendant 15 minutes, puis à le refroidir rapidement (trempe à l'eau ou gaz forcé).

Concentration d'acide sulfurique Température de fonctionnement Grade 316 Après-recuit de soudure requis ? Recommandation alternative
Moins de 10 pour cent de toute température 316 ou 316L Non Soudage standard OK
10 – 15 % En dessous de 60°C 316L Non préféré 316L
10 – 15 % En dessous de 60°C 316 Non, mais 316L recommandé Acceptable sans recuit
10 – 15% 60 – 90°C 316L Non Surveiller l'attaque 10 – 15% 60 – 90°C 316 Oui Recuit ou utilisation 316L 15 – 25% En dessous de 50°C 316L Non 316L acceptable 15 – 25% En dessous de 50°C 316 Oui Recuit requis 15 – 25% 50 – 80°C 316 ou 316L Oui Recuit obligatoire pour l'une ou l'autre nuance 15 – 25 % Au-dessus de 80°C N'importe quel 316 Oui, et envisager la mise à niveau de l'alliage Risque d'attaque élevé ; utiliser un alliage 20 25 – 40 % Toute température Toute 316 Sans objet La sensibilisation n'est pas le mode de défaillance principal ; les piqûres dominent
Plus de 40 pour centToute température Toute 316 Sans objet Acide comburant ; attaque intergranulaire improbable
Si la norme 316 est utilisée, un recuit post-soudage est requis pour une gaine 316 de 1,2 mm dans la plage de concentration critique de 15 à 25 % à des températures supérieures à 50 °C. Avec le 316L, le recuit constitue une marge de sécurité supplémentaire. La corrosion intergranulaire peut pénétrer la paroi mince en 3 à 12 mois, entraînant un détachement de la bride ou une fuite de la gaine, sans recuit de la zone de fixation de la bride soudée.

Considérations pratiques sur le recuit des tubes à paroi mince-
En pratique, des problèmes surviennent lors du recuit post-après soudage d'une gaine 316 de 1,2 mm. La température élevée de 1 050°C peut entraîner une oxydation du fil de résistance interne si l'ensemble n'est pas bien blindé. Le recuit doit être effectué dans un four à environnement contrôlé avec de l'argon ou de l'ammoniac dissocié pour éviter l'oxydation. Alternativement, la zone de soudure peut être recuite localement par chauffage par induction sans chauffer l'ensemble du réchauffeur. L'isolation MgO dans les éléments chauffants se dilate différemment de l'acier et peut briser la gaine. Par conséquent, le recuit complet au four des éléments chauffants préalablement sertis avec une isolation MgO n'est pas possible. Le recuit doit être effectué après le soudage, mais avant le rétreint, ou localisé uniquement dans la zone de soudure. Les ingénieurs doivent préciser que toutes les soudures sur les gaines 316 pour un service d'acide sulfurique à 15-25 % doivent être suivies d'un recuit par induction localisé de la zone affectée thermiquement. La zone recuite doit être d'au moins 10 mm de chaque côté de la soudure. Un recuit correct peut être vérifié à l’aide d’un ferritemètre ou en soumettant un échantillon de soudure pour les tests ASTM A262 Practice E. Un fournisseur qui ne peut pas effectuer de recuit après-soudage ou proposer des tests de vérification ne doit pas être employé pour le service d'acide sulfurique dans la plage de concentration critique. Le coût d’une défaillance par corrosion intergranulaire, qui est généralement inattendue et sans avertissement, est nettement supérieur au coût d’un bon processus de recuit. Pour les nouvelles installations, le choix du 316L, plutôt que du 316 standard, élimine le potentiel de sensibilisation pour les parois de 1,2 mm dans toutes les conditions sauf les plus extrêmes et est fortement recommandé pour tout service d'acide sulfurique à une concentration supérieure à 10 %.