En condiciones de trabajo de decapado, desincrustación, tratamiento electroquímico, galvanoplastia y aguas residuales ácidas, los tubos calefactores de acero inoxidable 316 son propensos a fallar por fragilidad por hidrógeno. Cuando los iones de hidrógeno en medio ácido obtienen electrones y penetran en la red interna del acero inoxidable, los átomos de hidrógeno se acumulan en los límites de grano, las dislocaciones y las posiciones de concentración de tensiones residuales. La acumulación de hidrógeno interno generará una enorme tensión de tracción interna, lo que provocará un agrietamiento frágil retardado del tubo de calentamiento bajo carga de servicio, incluso si no aparece ningún adelgazamiento obvio por corrosión externa en la superficie. Los componentes-doblados en frío, las zonas soldadas-afectadas por el calor y las piezas con alta tensión de tracción residual tienen la mayor susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno. A diferencia del agrietamiento por corrosión bajo tensión convencional, el agrietamiento inducido por hidrógeno-a menudo ocurre repentinamente después de un período de servicio, casi sin deformación plástica antes de la fractura, lo que genera serios peligros ocultos para la seguridad del equipo. Muchas empresas solo se centran en la eficiencia de la desincrustación durante la limpieza con ácido, ignorando la penetración de hidrógeno causada por el tiempo excesivo de decapado y la alta concentración de ácido, lo que resulta en accidentes retardados por fracturas frágiles de los tubos de calefacción. Por lo tanto, se debe llevar a cabo la prevención y el control de la fragilización por hidrógeno en todo el proceso, desde la optimización del proceso de limpieza, la regulación del estrés y el tratamiento de eliminación de hidrógeno.
La falla por fragilización por hidrógeno sigue un mecanismo típico de adsorción, penetración, enriquecimiento y craqueo interno de hidrógeno. En ambientes ácidos, los iones de hidrógeno se reducen a hidrógeno atómico en la superficie del acero inoxidable. El hidrógeno atómico tiene un volumen molecular pequeño y puede atravesar fácilmente los límites de los granos hacia el interior del metal. Las áreas con alta tensión de tracción residual capturarán continuamente átomos de hidrógeno, y la agregación continua de hidrógeno produce presión interna, lo que promueve la iniciación y expansión de microfisuras. Bajo una carga de trabajo externa y un acoplamiento de corrosión medio, las microfisuras se expanden rápidamente hasta convertirse en fracturas frágiles penetrantes. Durante el decapado, la concentración excesiva de ácido fluorhídrico, el tiempo de remojo demasiado prolongado y la alta temperatura de decapado acelerarán significativamente la permeación del hidrógeno. Los tubos calefactores soldados y-formados en frío con estructuras sensibilizadas sin cromo-son más sensibles a la fragilización por hidrógeno; Una vez que el hidrógeno se acumula en los límites de los granos, se producirá fácilmente el craqueo intergranular.
Este estudio propone cuatro medidas técnicas sistemáticas para prevenir la fragilización por hidrógeno de los tubos calefactores de acero inoxidable 316.
Primero, optimice la fórmula de limpieza ácida y los parámetros del proceso para reducir la tasa de evolución de hidrógeno. Reduzca adecuadamente el contenido de ácido fluorhídrico en la solución de decapado y agregue un inhibidor eficaz de la evolución de hidrógeno para inhibir la reacción de reducción de los iones de hidrógeno en la superficie del metal. Controle la temperatura de decapado por debajo de 40 grados y limite estrictamente el tiempo de remojo a 12 minutos; Las incrustaciones de óxido persistentes locales se tratarán con un cepillo en lugar de una inmersión total durante un período prolongado-. Evite el decapado excesivo, que no solo provoca un aumento de la rugosidad de la superficie sino que también acelera en gran medida la penetración del hidrógeno en la matriz. Después del tratamiento con ácido, se requiere una neutralización oportuna y un enjuague con agua desionizada de varias etapas para eliminar completamente el líquido ácido residual en la superficie del tubo.
En segundo lugar, implementar un tratamiento de horneado por deshidrogenación a baja-temperatura para los tubos calefactores soldados y procesados-en frío. Después del decapado y pasivación, coloque las piezas de trabajo en un horno a 200-230 grados durante 2-4 horas para conservar el calor y luego enfriarlas lentamente. El horneado a alta-temperatura puede promover el escape de los átomos de hidrógeno que quedan dentro de la red de acero inoxidable y eliminar la mayor parte del hidrógeno difusible, reduciendo fundamentalmente el riesgo de agrietamiento retardado inducido por el enriquecimiento de hidrógeno-. Para calentar tubos con una gran deformación por flexión o soldadura de pared gruesa-, extienda el tiempo de mantenimiento de la deshidrogenación de manera adecuada para garantizar una desorción suficiente de hidrógeno.
En tercer lugar, eliminar la tensión de tracción residual para reducir los sitios de atrapamiento de hidrógeno. Realice un recocido para aliviar la tensión a baja-temperatura en los tubos calentadores-doblados y soldados en frío antes de la limpieza con ácido para liberar la tensión de tracción residual de la formación y la soldadura. El tratamiento de granallado puede convertir la tensión de tracción de la superficie en tensión de compresión, lo que puede restringir la acumulación de átomos de hidrógeno en la superficie y cerca de-los defectos de la superficie, reduciendo significativamente la susceptibilidad del material a la fragilización por hidrógeno. Evite rayaduras mecánicas secundarias y deformaciones en frío de los tubos calefactores terminados, para no producir nuevas áreas de concentración de tensiones.
Cuarto, fortalecer el monitoreo del riesgo de fragilización del hidrógeno en entornos de servicios electroquímicos. En los talleres de galvanoplastia y electrolítica, establezca razonablemente el voltaje de trabajo para evitar una polarización catódica excesiva de los tubos calefactores, lo que provocará una gran cantidad de desprendimiento de hidrógeno en la superficie del metal. Adopte conexión equipotencial y aislamiento aislante para evitar que los tubos calefactores se conviertan en regiones catódicas de bucles de corriente parásita. Detecte periódicamente el rendimiento mecánico de los tubos de calentamiento de lotes clave mediante pruebas de tracción con velocidad de deformación lenta para evaluar la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno y ajuste oportunamente el valor de pH medio y los esquemas de protección eléctrica cuando se encuentren riesgos ocultos.
Las pruebas de verificación acelerada de la fragilidad por hidrógeno muestran que los tubos calefactores con tratamiento de horneado por deshidrogenación y alivio de tensiones no presentan grietas retardadas después de un -uso prolongado en un entorno ácido. Por el contrario, las piezas de trabajo sin eliminación de hidrógeno son propensas a fracturarse por fragilidad dentro de los 6 a 11 meses de operación. En conclusión, agregar inhibidores de hidrógeno en la limpieza ácida, implementar un horneado de deshidrogenación estandarizado, eliminar la tensión de tracción residual y optimizar las condiciones de operación electroquímicas pueden bloquear eficazmente la penetración del hidrógeno y las vías de enriquecimiento. Estas medidas de control evitan fallas repentinas por fragilidad causadas por la fragilización por hidrógeno, garantizan la integridad estructural de los tubos calefactores de acero inoxidable 316 en ambientes industriales ácidos y electroquímicos y mejoran en gran medida la seguridad de operación del equipo.
