À quelle concentration spécifique d'acide chlorhydrique à 50 degrés Celsius une gaine en acier inoxydable 316 de 1,2 millimètre subit-elle une pénétration de piqûres dans les 500 heures de chauffage par immersion continue ?

L'acier inoxydable 316 est généralement considéré comme un matériau marginal pour les thermoplongeurs électriques spécifiés par les ingénieurs de procédés chimiques pour les applications à l'acide chlorhydrique dans les systèmes de décapage, de correction du pH et de régénération des métaux. L'acide chlorhydrique est un acide réducteur très agressif. Les ions chlorure ciblent la couche passive des aciers inoxydables. Contrairement à l'acide sulfurique ou nitrique, il n'existe pas de plage de concentration dans laquelle il présente une très bonne résistance pour le 316. À des températures douces dans des solutions très diluées, cependant, le 316 peut donner une durée de vie acceptable pour des applications non-critiques. Le temps nécessaire aux piqûres pour se propager de la surface extérieure à la paroi intérieure dépend de l’épaisseur de la paroi de la gaine. Cet article rapporte la mesure de la concentration spécifique d'acide chlorhydrique à 50 degrés qui provoque la pénétration par piqûre d'une gaine 316 de 1,2 mm en 500 heures de fonctionnement continu à des densités de watts industrielles moyennes.

"Corrosion par piqûre de l'acier inoxydable 316 dans du HCl dilué.
La corrosion du 316 dans l'acide chlorhydrique se produit sous forme de piqûres et non d'amincissement uniforme. Si une piqûre se forme au niveau d'un défaut de surface, d'une inclusion ou d'une faiblesse dans le film passif, elle se propagera rapidement en raison de la nature autocatalytique de l'attaque des chlorures. Le potentiel critique de piqûres du 316 dans les solutions de chlorure diminue avec l'augmentation de la température et de la concentration en chlorure. La concentration seuil de chlorure pour le démarrage de la fosse est d'environ 50 à 100 ppm (0,005 à 0,01 % de HCl) à 50 degrés. En dessous de ce seuil, les piqûres sont peu fréquentes et les taux de corrosion typiques sont inférieurs à 0,05 mm/an. Au-delà de ce seuil, des piqûres sont probables et la vitesse de propagation des piqûres augmente rapidement avec la teneur en chlorures. Le temps de pénétration pour une gaine de paroi de 1,2 mm est contrôlé par la vitesse de propagation des piqûres après l'amorçage. Les taux de propagation à 50 degrés varient de 0,01 mm/h dans 0,1 % de HCl à 0,10 mm/h dans 1 % de HCl. Le taux de propagation est d'environ 0,03 à 0,05 mm/heure pour 0,5 % de HCl, ce qui implique qu'une paroi de 1,2 mm serait pénétrée 24 à 40 heures après le début d'un trou. En fonction de la qualité de la surface et des charges résiduelles, la durée de vie totale est de 120 à 540 heures, y compris un temps d'induction de 100 à 500 heures pour le démarrage en fosse.

Concentration critique pour une durée de vie de 500 heures
Les durées de vie suivantes sont prévues à partir de tests d'immersion de 316 échantillons de gaine emboutis à 50 degrés et d'un polissage de surface typique des radiateurs commerciaux. À 0,05 % de HCl (500 ppm de chlorure), le début des piqûres est d'environ 800 à 1 200 heures et la propagation est lente à 0,005 mm par heure.. 1.2 mm de gaine durerait globalement de 1 000 à 1 500 heures. À 0,10 % HCl, le temps d'initiation est réduit à 400-600 h avec propagation à 0,010-0,015 mm/h, pour une durée totale de 500-800 h. À 0,15 % de HCl commençant dans les 200 à 300 heures Propagation 0,020 à 0,025 mm par heure Durée de vie totale 300 à 500 heures. Initiation 100-200 h à 0,20 % HCl Propagation 0,030-0,040 mm/h Durée de vie totale 150-300 h La concentration essentielle de HCl pour une durée de vie de 500 heures est d'environ 0,12 à 0,14 %. À cette concentration ou en dessous, il existe une chance considérable qu'une gaine 316 de 1,2 mm survive à 500 heures de fonctionnement continu. Au-dessus de cette concentration, l'espérance de vie est inférieure à 500 heures. Ces valeurs correspondent à une densité de watts de 5 à 8 W/cm², ce qui augmente la température de la surface de la gaine à environ 55 à 60 degrés. À des densités de watts plus élevées, la température de surface plus élevée réduit encore davantage la concentration critique.

Matrice de concentration et d'épaisseur de paroi en service d'acide chlorhydrique
Le tableau ci-dessous indique les 316 épaisseurs de paroi de gaine recommandées pour l'acide chlorhydrique à 50 degrés pour la durée de vie prévue. Les valeurs supposent une densité de puissance de 5 à 8 W/cm2 et une finition de surface estampée normale

Concentration de HCl Concentration de chlorure (ppm) Taux prévu de croissance des fosses à 50 degrés Épaisseur de paroi minimale de 316 pour une durée de vie de 500 heures Épaisseur de paroi minimale pour une durée de vie de 1 000 heures Recommandation
Moins de 0,05%< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10 % 500 – 1 000 ppm 0,005 – 0,015 mm/h 1,0 mm 1,6 mm 316 marginal ; Attendez-vous à une vie courte
0,10 – 0,15 % 1 000 – 1 500 ppm 0,015 – 0,025 mm/heure 1,2 mm 2,0 mm 316 non recommandé pour un service continu
0,15 – 0,20 % 1 500 – 2 000 ppm 0,025 – 0,040 mm/heure 1,6 mm 2,5 mm Titane ou tantale
0,20 – 0,50 % 2 000 – 5 000 ppm 0,040 – 0,100 mm/h Pas pratiqueJe ne peux pas le faire Titane nécessaire
Plus de 0,50 % Plus de 5 000 ppmPlus de 0,100 mm/heure InacceptableNon compatible Utiliser un chauffage non métallique-
Si la concentration d'acide chlorhydrique est supérieure à 0,15 % à 50 degrés, l'acier inoxydable 316 n'est pas un bon matériau à utiliser, quelle que soit l'épaisseur de la paroi. La vitesse de propagation des piqûres et le risque important de perforation brutale et inopinée sont préoccupants. Le titane (grade 2 ou grade 7) présente une bonne résistance à l'acide chlorhydrique dilué jusqu'à une concentration de 1 % à 50 degrés C, avec des taux de corrosion < 0,01 mm par an. Pour des concentrations ou des températures plus élevées, vous avez besoin de tantale. Lors de la sélection de réchauffeurs pour un service à l'acide chlorhydrique où le 316 est envisagé, les ingénieurs doivent spécifier un test de corrosion sur coupon utilisant l'acide de traitement réel et un échantillon du matériau de la gaine à la température de surface prévue. Les données publiées donnent des estimations, mais le comportement des piqûres est fortement affecté par la pureté réelle de l'acide et le contrôle de la température. Le coût d'une simple panne de chauffage dans l'acide chlorhydrique – y compris la contamination par des ions métalliques de la solution de traitement – ​​est souvent supérieur au coût de la mise à niveau vers le titane. Le conseil d’ingénierie prudent à 50 degrés et au-dessus de 0,1 % est d’éviter complètement 316.