Especificação de peças fundidas resistentes à corrosão: classes, processos e seleção

Um pedido de substituição de uma luva de bomba geralmente começa com uma pergunta: a peça anterior falhou devido à corrosão perto do flange após dez meses, e o engenheiro da planta deseja uma peça fundida que dure até a próxima grande revisão. Fundições resistentes à corrosão relatados são avaliados apenas pela resistência à tração. Em plantas químicas, de tratamento térmico e de processamento de aço, os fatores decisivos são a composição da liga, o processo de entrega, o tratamento térmico e a solidez interna. Este artigo explica como esses fatores funcionam juntos, como comparar notas e o que verificar antes de uma peça fundida entrar em serviço.

O que é uma peça fundida resistente à corrosão?

Uma peça fundida resistente à corrosão é um componente de metal moldado por vazamento de liga fundida em um molde e, em seguida, projetada para resistir a ataques químicos esperados em seu ambiente de serviço: corrosão por corrosão, corrosão em frestas, fissuração por corrosão sob tensão ou oxidação em alta temperatura. As famílias de materiais mais utilizadas em fundições industriais são:

• Aços inoxidáveis austeníticos como 316L (grau de resistência CF3M), com boa resistência geral a muitos ácidos e meios contendo cloreto em temperaturas moderadas.
• Aços inoxidáveis ​​duplex, como 2205 (grau de resistência CD3MN), combinando maior resistência com melhor resistência à corrosão sob tensão por cloreto do que os graus austeníticos comuns.
• Ligas de níquel-cromo, como 26Cr35Ni tipo HP, escolhidas quando o componente enfrenta atmosferas de processo corrosivas e de alta temperatura.

Uma peça fundida não é uma peça forjada com formato diferente. Durante a solidificação, as ligas fundidas desenvolvem uma estrutura de grão mais grosso, podem segregar no nível dendrítico e podem conter microrretração quando o sistema de alimentação é deficiente. Todas as três características influenciam a resistência à corrosão. Duas peças fundidas com o mesmo grau nominal, portanto, têm um desempenho muito diferente dependendo das peças produzidas.

Mecanismos de corrosão que determinam a escolha do grau

Antes de escolher uma classe, identifique qual mecanismo de falha é mais provável. Quatro dominam as peças fundidas industriais resistentes à corrosão:

• Corrosão por picadas e frestas: ataque localizado, geralmente impulsionado por cloretos, e acelerado em áreas estagnadas, sob juntas ou sob depósitos.
• Fissuração por corrosão sob tensão: tensão de tração combinada com um ambiente específico, como cloretos quentes ou soluções cáusticas; muitas vezes produz fratura súbita e inesperada.
• Corrosão intergranular: ataque ao longo dos limites dos grãos, normalmente causado pela ocorrência do carboneto de cromo quando a liga fica sensibilizada durante a demanda, oxidação ou resfriamento lento.
• Corrosão uniforme: perda uniforme de espessura em toda a superfície; mais simples de prever, mas ainda determinar a espessura da parede e a vida útil necessária.

A tabela abaixo conecta esses mecanismos à resposta usual da liga.

Seleção de ligas: comece com PREN e depois olhe mais profundamente

O número equivalente de resistência à corrosão por corrosão (PREN) é uma ferramenta de triagem padrão para resistência à corrosão por corrosão por cloreto: PREN = %Cr 3,3 x %Mo 16 x %N. Classifica rapidamente os graus austeníticos e duplex. As barras abaixo mostram valores aproximados para classes de pescado comuns.

O PREN é um ponto de partida, não uma resposta final. Não diz nada sobre corrosão uniforme em redutores de ácidos e não pode detectar danos de lesões que atuam como locais de iniciação de pites. Para componentes críticos, combine o PREN com dados de testes de corrosão ou experiência de serviço. Uma descoberta duplex 2205 geralmente sobreviverá ao serviço de cloreto quente que perfura rapidamente o 316L, mas somente se a microestrutura estiver correta após o recebimento da solução. Quando o tratamento térmico é errado, formam-se fases específicas nos limites dos grãos e a peça fundida torna-se vulnerável, mesmo que sua química atenda ao certificado.

Como o processo de coleta altera o desempenho da corrosão

A rota de problemas afeta diretamente o comportamento da corrosão porque determina a estrutura do grão, a porosidade e a qualidade da superfície. Três processos dominam a produção de componentes resistentes à corrosão e cada um deixa uma assinatura diferente.

• A centrífuga encontrada é preferida para componentes cilíndricos: mangas resistentes à corrosão, tubos radiantes, rolos de forno e metálicos de tubos. O metal se solidifica direcionalmente da parede externa para dentro, produzindo uma estrutura densa e de granulação fina com poucos vazios de contração. A centrífuga pode produzir peças de 50 mm a 1.000 mm de diâmetro e até 4.000 mm de comprimento.
• A encontrada por cera perdida (cera perdida) é escolhida para geometrias complexas, paredes finas e bom acabamento superficial fundido. Como o molde da cascata permanece quente, o metal pode esfriar lentamente, a menos que o vazamento e a temperatura do molde sejam controlados, portanto, o recozimento da solução após a verificação é crítico.
• A moldagem em areia de resina é adequada para peças grandes, como carcaças de bombas, corpos de válvulas e agitadores. Seções pesadas esfriam de maneira desigual, aumentando o risco de segregação e transações de carbonetos. Estas peças carecem ainda mais fortemente de um ciclo de tratamento térmico corretamente concebido.

A conclusão prática é indicar o tratamento térmico necessário juntamente com a classe, incluindo a temperatura de recozimento e o método de resfriamento e, quando relevante, uma faixa permitida para dureza e teor de ferrita.

O que verificar ao comprar peças fundidas resistentes à corrosão

Os problemas de aquisição geralmente resultam de especificações incompletas e não de maior qualidade. Uma concepção robusta para uma peça fundida resistente à corrosão deve incluir:

1. Uma classe de pesca com uma composição química que varia de padrões de qualidade como ASTM A743, ASTM A744 ou ASTM A890, em vez de um padrão de placa ou barra forjada.
2. Um requisito de tratamento térmico, geralmente recozimento em solução, expresso com uma faixa de temperatura e um método de resfriamento, além de limites de acessíveis para dureza e, para classes duplex, teor de ferrita.
3. Requisitos de testes não destrutivos: teste de líquido penetrante para trincas superficiais, radiografia para solidez interna e teste hidrostático para peças que contenham pressão.
4. Documentação: um certificado de teste de material com a análise real da panela, além de espectrômetro e relatórios metalográficos para peças fundamentadas críticas.
5. Tolerâncias dimensionais e quaisquer requisitos de usinagem vinculados ao desenho.

O hardware de verificação de uma descoberta é importante aqui. Espectrômetros de leitura direta confirmam a química real de cada calor, a análise metalográfica verifica a estrutura após o tratamento térmico e a digitalização 3D verifica se a geometria entregue corresponde ao modelo. Uma peça fundida com uma excelente composição nominal ainda pode falhar precocemente se apresentar defeitos incorporados.

Onde são usadas peças fundidas resistentes à corrosão

As peças fundidas resistentes à corrosão raramente são uma compra comercial; eles são especificados para o serviço. As aplicações típicas incluem:

• Plantas químicas e petroquímicas: resistentes à corrosão 2205 e 316L para tubulações de processo, agitadores 26Cr35Ni tipo HP para reatores e componentes de válvulas ou bombas em meios agressivos.
• Tratamento térmico e processamento de aço: tubos radiantes, rolos de forno e rolos de fundo de forno que enfrentam altas temperaturas combinadas com atmosferas oxidantes, às vezes sulfetantes.
• Incineração de resíduos: componentes da grelha e elementos do permutador de calor expostos a gases de combustão e depósitos ricos em cloretos.

O interesse econômico é maior do que o preço da peça. Estudos da indústria estimam o custo global da corrosão em cerca de 2,5 bilhões de dólares, cerca de 3,4% do PIB global, e a maior parte desse custo aparece como perda de produção e paragens não programadas, danos que muitas vezes começam com uma peça fundida corroída localmente.

As peças fundidas resistentes à corrosão recompensam uma abordagem disciplinada. Identifique o mecanismo de corrosão, verifique o grau e o tratamento térmico e confirme a integridade interna antes que a peça chegue à linha. Um como Wuxi Dongmingguan Special Metal Manufacturing, que controla fusão, centrífuga e obtenção de precisão, tratamento térmico, usinagem e inspeção de qualidade sob o mesmo teto, pode responder a essas perguntas com seus próprios dados. Ao avaliar um fornecedor, faça três perguntas: como a peça foi solidificada, como foi tratada termicamente e como você sabe se a química entregue corresponde ao certificado? As respostas separam as peças fundidas que apenas carregam um nome de classe, como 316L ou 2205, das peças fundidas que realmente duram em serviço.