Résistance à la corrosion de l'Incoloy 825 dans l'acide sulfurique : courbes de corrosion iso- et limites de concentration

Introduction

L'acide sulfurique est l'un des produits chimiques industriels les plus utilisés au monde, et c'est également l'un des acides les plus complexes contre lesquels choisir un matériau, car son caractère corrosif change en réalité avec la concentration. Selon le distributeur d'alliages Langley Alloys, l'alliage INCOLOY 825 a été introduit sur le marché en 1952, construit spécifiquement sur la base de l'alliage 800 avec des ajouts de cuivre pour améliorer la résistance aux acides réducteurs tels que l'acide sulfurique -, une affirmation cohérente avec la propre description de Special Metals Corporation du rôle métallurgique du cuivre dans l'alliage aujourd'hui.

Cet article s'appuie directement sur les propres données de corrosion aqueuse de Special Metals Corporation - le tableau de corrosion iso-du fabricant pour l'alliage 825 dans l'acide sulfurique, ses résultats de tests de corrosion en usine publiés et ses classements comparatifs par rapport à d'autres alliages de nickel - pour donner une image claire et quantifiée de l'endroit exact où la résistance à l'acide sulfurique de l'alliage 825 résiste, où elle diminue et quand un matériau allié plus élevé doit être spécifié à la place.

Qu'est-ce qui donne à l'alliage 825 sa résistance à l'acide sulfurique ?

La résistance de l'alliage 825 à l'acide sulfurique provient d'une combinaison spécifique d'éléments d'alliage : le nickel et le molybdène résistent à l'acide réducteur trouvé à des concentrations faibles-à-modérées, le chrome résiste à l'acide oxydant trouvé à des concentrations élevées, et le cuivre - l'addition déterminante de l'alliage - cible spécifiquement la réduction des attaques d'acide sulfurique et fluorhydrique que le nickel et le molybdène seuls ne peuvent pas résoudre entièrement.

L'acide sulfurique ne se comporte pas comme un corrosif unique et uniforme. Selon le manuel de corrosion aqueuse de Special Metals, l'acide sulfurique diminue en concentrations jusqu'à environ 25 % ; au-delà, il commence à prendre des caractéristiques oxydantes ; et un acide concentré supérieur à 87 % en poids à température ambiante - la qualité commerciale la plus courante - est entièrement oxydante. Cela signifie qu'un seul alliage doit résister à deux mécanismes de corrosion différents en fonction de l'endroit où il opère dans la plage de concentration, et la sélection de l'alliage doit tenir compte des deux.

Les conseils généraux de Special Metals sur les éléments d’alliage sont directs sur le rôle de chaque élément. Le nickel améliore la résistance aux acides réducteurs et aux produits caustiques. Le molybdène améliore la résistance aux acides réducteurs et à la corrosion par piqûres et fissures dans les environnements contenant du chlorure-. Le chrome améliore la résistance aux corrosifs oxydants. Le cuivre améliore la résistance aux acides réducteurs - en particulier-acide sulfurique et fluorhydrique non aéré - et les ajouts de cuivre spécifiquement aux alliages de nickel-chrome-molybdène-fer sont décrits comme offrant une résistance améliorée aux acides chlorhydrique, phosphorique et sulfurique. L'alliage 825 contient environ 38 à 46 % de nickel, 19,5 à 23,5 % de chrome, 2,5 à 3,5 % de molybdène et 1,5 à 3,0 % de cuivre, calibrés pour couvrir à la fois les régimes réducteur et oxydant de l'acide sulfurique au sein d'un seul alliage soudable stabilisé au titane -.

Que montre réellement le tableau de corrosion iso-pour l'alliage 825 dans l'acide sulfurique ?

Le tableau d'iso-corrosion de Special Metals pour l'alliage 825 dans l'acide sulfurique divise la concentration-par rapport au-champ de température en trois bandes de taux de corrosion-- inférieures à 5 mpy, 5 à 20 mpy et supérieures à 20 mpy - et la zone utilisable de l'alliage (« très bonne résistance ») couvre la plupart concentrations faibles-à-intermédiaires à température modérée, se rétrécissant fortement à mesure que la concentration et la température se rapprochent de la courbe du point d'ébullition-.

Un graphique d'iso-corrosion représente le taux de corrosion en fonction de deux variables à la fois : - concentration d'acide (axe horizontal, 0 à 100 % en poids) et température (axe vertical, de la température ambiante jusqu'au point d'ébullition de l'acide à chaque concentration). Les lignes sur le graphique relient des points de taux de corrosion égal, c'est pourquoi elles sont appelées lignes d'iso-corrosion (même -corrosion). En lire un est simple : recherchez la température de votre processus sur l’axe vertical et votre concentration d’acide sur l’axe horizontal ; la zone dans laquelle se situe votre point vous indique la bande de taux de corrosion attendue pour l'alliage recuit 825 dans un acide relativement pur et non -contaminé.

Source : Special Metals Corporation, High-Alliages de performance pour la résistance à la corrosion aqueuse (Aqueous Corrosion Handbook), Figure 2 - Tableau de corrosion Iso-pour l'alliage INCOLOY 825 dans l'acide sulfurique.

Special Metals indique directement l'enveloppe de fonctionnement pratique de l'alliage plutôt que d'obliger le lecteur à interpoler le graphique à l'œil nu. Sur la base des résultats des tests et de l'expérience de service, l'alliage 825 devrait avoir une très bonne résistance (inférieure à 5 mpy) dans des solutions d'acide sulfurique entre 40 % et 80 % de concentration en poids à 120 degrés F (50 degrés). La même publication note que la résistance de l'alliage s'étend sur toute la plage de concentration à des températures allant jusqu'à 150 degrés F (65 degrés) et jusqu'à une concentration de 78 % à 176 degrés F (80 degrés).

Le fabricant prend soin d'ajouter une mise en garde importante directement à côté de ces données : des écarts importants par rapport à ce comportement peuvent se produire en présence de contaminants, qui sont courants dans les acides de force intermédiaire-dans les processus chimiques réels -, rappelant que les tableaux d'iso-corrosion décrivent un acide de laboratoire pur ou presque-pur, pas nécessairement les conditions de l'usine.

Source : Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, texte de la section sur l'acide sulfurique accompagnant la figure 2.

Comment les taux de corrosion réels des installations se comparent-ils au graphique de corrosion iso- ?

Les taux de corrosion réels sur le terrain pour l'alliage 825 dans les services industriels d'acide sulfurique et d'acide mixte - sont, dans la grande majorité des cas documentés, bien en dessous du seuil déjà -conservateur de 5 mpy - souvent d'un ou deux ordres de grandeur - parce que la plupart des processus réels fonctionnent à une gravité efficace inférieure aux conditions de laboratoire d'acide pur-utilisées pour construire le diagramme d'iso-corrosion.

Special Metals publie un tableau détaillé des résultats des tests de corrosion sur site-pour l'alliage 825 dans une grande variété d'environnements réels d'usines d'acide sulfurique et d'acides mixtes-, dont plusieurs sont reproduits ci-dessous. Le schéma est cohérent : même les acides dans la plage de concentrations de 40 à 90 % et plus, à des températures bien supérieures à la température ambiante, renvoient fréquemment des taux de corrosion inférieurs à 1 mpy en service - un rappel utile que le tableau d'iso-corrosion est un outil de sélection conservateur pour la sélection des matériaux, et non un indicateur précis du taux de corrosion d'une usine spécifique.

Source : Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, tableau 4 - Essais de corrosion en usine de l'alliage INCOLOY 825 dans des solutions d'acide sulfurique et mixte (sélection abrégée).

Deux entrées méritent d'être signalées spécifiquement car elles illustrent un point véritablement utile, non évident : dans la solution de nettoyage à 20 % d'acide plus 4 % de dichromate de sodium, le taux de corrosion (19 mpy) se situe juste au bord de la bande de « résistance utile » malgré une concentration d'acide relativement diluée, car le dichromate est un sel oxydant fort réagissant avec une chimie d'alliage adaptée en partie pour réduire le service acide-. Il s'agit d'une démonstration directe et réelle du caractère réducteur/oxydant dépendant de la concentration discuté ci-dessus - l'acide dilué n'est pas automatiquement un acide doux une fois que des contaminants oxydants sont ajoutés.

Comment l’alliage 825 se compare-t-il aux autres alliages de nickel dans l’acide sulfurique ?

Dans l'acide sulfurique dilué (concentration inférieure à 50 %), l'alliage 825 est essentiellement à égalité pour la meilleure résistance parmi la gamme d'alliages de nickel de Special Metals, aux côtés de l'alliage INCONEL 686 et de l'alliage INCONEL G-3 ; en acide concentré (plus de 50 %), l'alliage 825 est derrière les alliages 686, C-276, 622 et 625 à plus forte teneur en molybdène et en chrome, dans cet ordre.

Special Metals classe directement la résistance à l'acide sulfurique de ses alliages en utilisant la ligne de corrosion iso-de 20 mpy (0,51 mm/a) comme base de comparaison, car un seuil de valeur unique-est plus facile à classer sur plusieurs alliages que de comparer des graphiques complets. Les classements diffèrent considérablement selon le côté de la transition réductrice/oxydante de l'acide sulfurique sur lequel se situe l'application -, ce qui est en soi une découverte utile et honnête : aucun alliage de cette famille n'est inconditionnellement « le meilleur » sur toute la plage de concentrations.

Source : Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Figure 4 - Comportement comparatif des alliages Ni-Cr-Mo dans l'acide sulfurique (résumé de corrosion iso-20 mpy).

The practical takeaway for a buyer: alloy 825 is frequently the most cost-effective adequate choice for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty, since it matches the resistance of considerably more expensive, higher-molybdenum alloys like 686 in that range. Once a process moves into concentrated (>50 %), à haute-température, acide oxydant - ou une fois qu'une contamination significative par le chlorure est présente -, les qualités les plus alliées-et les coûts les plus élevés- gagnent leur prime.

Que se passe-t-il lorsque des chlorures sont présents dans le flux d’acide sulfurique ?

L'alliage 825 tolère remarquablement bien une exposition intermittente ou modérée au chlorure dans l'acide sulfurique -, y compris les ajouts de sel gemme-utilisés dans les opérations de décapage -, mais pour une exposition continue et entièrement immergée à l'acide sulfurique contaminé par le chlorure-, la propre littérature de Special Metals recommande de passer à un alliage de molybdène plus élevé-tel que le C-276, 622, 625 ou 686.

Special Metals établit clairement cette distinction : dans les applications où des chlorures sont présents, telles que les ajouts de sel gemme aux bains de décapage sulfurique, l'alliage INCOLOY 825 a fourni un excellent service, et la présence de sels oxydants autres que le chlorure est en fait bénéfique pour la résistance de l'alliage.

Cependant, dans les applications où l'exposition est continuellement immergée dans des conditions contaminées par des chlorures-, les-alliages de molybdène - alliages INCONEL C-276, 622, 625 ou 686 - sont requis. Ceci est cohérent avec le rôle général du molybdène dans cette famille d'alliages : il améliore spécifiquement la résistance aux piqûres et à la corrosion caverneuse dans les environnements contenant du chlorure-, et la teneur en molybdène de l'alliage 825 de 2,5 à 3,5 %, bien que suffisante pour une exposition intermittente, est inférieure aux 9 à 16 % trouvés dans les «superalliages» Ni-Cr-Mo construits pour un service continu au chlorure.

• Une exposition intermittente ou faible-au chlorure dans le service à l'acide sulfurique -, l'alliage 825 est généralement adéquate.
• Des ajouts de sel gemme ou de chlorure similaire dans la chimie des bains de décapage - - sont documentés comme d'excellents services pour l'alliage 825.
• Exposition continue et entièrement immergée dans de l'acide sulfurique contaminé par du chlorure-- spécifiez plutôt un alliage de molybdène à teneur supérieure- (C-276, 622, 625 ou 686).

Quelle est la composition chimique complète de l’Incoloy 825 ?

L'alliage 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) est spécifié avec 38,0 à 46,0 % de nickel, 19,5 à 23,5 % de chrome, 22,0 % de fer minimum, 2,5 à 3,5 % de molybdène, 1,5 à 3,0 % de cuivre et 0,6 à 1,2 % de titane, le carbone étant plafonné à 0,05 % pour limiter risque de sensibilisation.

Source : Special Metals Corporation, bulletin technique de l'alliage INCOLOY 825 (tableau 1 - composition chimique limite), vérification croisée-avec la fiche technique de la bande d'alliage INCOLOY 825 publiée par Elgiloy Specialty Metals.

Le plafond à faible teneur en carbone (0,05 % max.) combiné à la stabilisation du titane est ce qui permet à l'alliage 825 d'être utilisé à l'état tel que-soudé sans recuit de solution de soudage obligatoire après-dans la plupart des services. - le titane retient préférentiellement le carbone sous forme de carbure de titane, protégeant les joints de grains de la sensibilisation induite par le chrome-carbure-qui affecte les produits non-stabilisés. aciers inoxydables austénitiques. Il s'agit d'un avantage significatif en termes de fabrication et de coût par rapport aux aciers inoxydables de la série 300- dans les environnements acides, où le traitement thermique après soudage est souvent inévitable.

Quand devriez-vous spécifier l'alliage 825 plutôt qu'une option d'alliage-plus élevée pour le service d'acide sulfurique ?

Specify alloy 825 for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty up to roughly 80% concentration at moderate temperatures, or for mixed-acid and pickling environments with intermittent chloride content; move up to a Ni-Cr-Mo alloy (622, 625, C-276, or 686) for concentrated, high-temperature, continuously chloride-contaminated, or otherwise aggressive sulfuric acid duty where alloy 825's iso-corrosion chart shows the 5–20 mpy or >Bandes de 20 mpy.

Alliage 825 - tuyauterie et cuves de traitement de l'acide sulfurique dilué et intermédiaire ; bains de décapage à l'acide sulfurique, y compris ceux contenant du sel gemme ou des ajouts intermittents similaires de chlorure ; des courants mixtes d'acide sulfurique/phosphorique ; équipements généraux de production d'acide et de contrôle de la pollution- ; le retraitement du combustible nucléaire et la gestion des déchets radioactifs, où l'histoire du 825 dans les processus de dissolution de type Sulfex-est bien documentée.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), acide sulfurique chaud ; immersion continue dans de l'acide sulfurique contaminé par du chlorure - ; services où le tableau d'iso-corrosion du 825 montre la combinaison acide/température située au-dessus de la ligne de 5 mpy.

Alliage INCOLOY 25-6MO - une alternative inoxydable super-austénitique qui mérite d'être évaluée spécifiquement pour être diluée (<10% at boiling, up to 50% at 140°F/60°C) sulfuric acid contaminated with chlorides, where its 6% molybdenum content gives it an edge over alloy 825 under crevice conditions.

Une note d'approvisionnement qui mérite d'être clairement indiquée : le tableau d'iso-corrosion décrit le comportement dans un acide relativement pur ou légèrement mélangé dans des conditions de laboratoire. Special Metals prévient lui-même que de graves écarts peuvent se produire en présence de contaminants communs aux processus chimiques réels. Avant de finaliser une sélection de matériaux pour un flux de processus spécifique, demandez ou exécutez des tests de coupon de corrosion dans le fluide de processus réel plutôt que de vous fier uniquement au tableau d'iso-corrosion pour une application limite.

Foire aux questions

Q: Quelle est la concentration maximale d’acide sulfurique que l’alliage 825 peut gérer ?

A: Cela dépend entièrement de la température. À des températures allant jusqu'à 150 degrés F (65 degrés), l'alliage 825 maintient une très bonne résistance (<5 mpy) across the full concentration range, 0–100%. As temperature rises toward the boiling point, the safe concentration window narrows - at 176°F (80°C) it extends to about 78% concentration, and at boiling temperature it is generally limited to lower concentrations, below roughly 40%.

Q: Pourquoi le cuivre contribue-t-il spécifiquement à la résistance à l’acide sulfurique ?

A: Les ajouts de cuivre aux alliages de nickel-chrome-molybdène-fer sont documentés par Special Metals pour améliorer la résistance spécifiquement aux acides réducteurs - sulfurique, phosphorique et chlorhydrique -, un mécanisme distinct du rôle du chrome dans la résistance aux acides oxydants. Étant donné que l'acide sulfurique réduit sa concentration en dessous d'environ 25 % et s'oxyde au-dessus d'environ 50 %, le cuivre et le chrome divisent efficacement la plage de concentration entre eux au sein de la composition de l'alliage 825.

Q: L'alliage 825 nécessite-t-il un traitement thermique après-soudage avant d'être utilisé dans un service à l'acide sulfurique ?

A: Généralement non. L'alliage 825 est stabilisé contre la sensibilisation par son ajout de titane, ce qui lui permet d'être utilisé à l'état tel que-soudé dans la plupart des services sans un recuit obligatoire après-solution de soudage - un avantage par rapport aux aciers inoxydables austénitiques non-stabilisés, qui nécessitent généralement un traitement thermique pour restaurer la résistance à la corrosion intergranulaire après le soudage.

Q: L'alliage 825 ou un alliage Ni-Cr-Mo comme le 625 est-il le meilleur choix économique pour l'acide sulfurique ?

A: Pour l'acide sulfurique dilué à une concentration inférieure à environ 50 %, l'alliage 825 offre une résistance essentiellement égale à celle des alliages considérablement plus chers comme l'INCONEL 686, ce qui en fait le choix le plus rentable-dans cette gamme. Au-dessus d'une concentration de 50 %, ou en cas de contamination continue par le chlorure, les alliages à teneur élevée en molybdène - surpassent l'alliage 825 de manière suffisamment significative pour que le coût supplémentaire soit généralement justifié.

Q: L’alliage 825 peut-il être utilisé là où de l’acide sulfurique et des chlorures sont tous deux présents ?

A: Oui, dans de nombreux cas, - Special Metals documente un excellent service pour l'alliage 825 dans des bains de décapage sulfurique avec des ajouts de sel gemme- (chlorure). La mise en garde s'applique spécifiquement à une exposition continue et entièrement immergée à de l'acide sulfurique contaminé par du chlorure-, où un alliage de molybdène à plus forte teneur en -est recommandé à la place.