Tira de liga à base de níquel vs. tira de aço inoxidável: principais diferenças

Quando um componente em tira precisa resistir a cloretos, temperaturas elevadas ou produtos químicos agressivos do processo, a escolha entre uma liga à base de níquel e aço inoxidável pode determinar se o projeto dispõe de uma margem de serviço adequada. As ligas à base de níquel costumam ser as opções mais robustas para corrosão severa ou exposição prolongada a altas temperaturas; os aços inoxidáveis geralmente são mais econômicos quando um grau adequado atende aos requisitos operacionais.

A comparação não é tão simples quanto “níquel versus aço”. Cada grupo inclui graus com composições e propriedades diferentes, e o ambiente de serviço é tão importante quanto o nome do material. Ao substituir uma tira corroída ou especificar um componente de transferência de calor, o responsável pela avaliação deve comparar os graus candidatos nas condições em que serão utilizados, incluindo soldas e áreas conformadas.

Diferenças entre materiais que influenciam a seleção

O aço inoxidável é principalmente à base de ferro e depende do cromo para formar uma película passiva protetora. Muitos graus também contêm níquel, molibdênio ou outros elementos de liga que influenciam a resistência à corrosão e o comportamento mecânico. Em geral, as ligas à base de níquel utilizam o níquel como elemento principal, com adições selecionadas para obter combinações específicas de resistência à corrosão, resistência ao calor e resistência mecânica.

A expressãotiras de aço de liga à base de níquel é às vezes usada em pesquisas de produtos, mas as ligas à base de níquel não são necessariamente aços. Em uma especificação técnica, identifique o grau real da liga e a forma do produto, em vez de se basear nessa descrição genérica.

Comece pelo mecanismo real de corrosão

Um material exposto a um fluido pouco agressivo durante a operação normal pode encontrar condições muito mais severas durante a partida, a parada, a limpeza ou a concentração de substâncias sob depósitos. Registre a composição do fluido, a temperatura, a pressão, as condições de escoamento, os produtos químicos de limpeza e a duração prevista da exposição antes de comparar os dados de corrosão. Inclua tanto o lado do processo quanto a atmosfera externa.

Os cloretos são um bom exemplo de por que uma designação genérica não é suficiente. Aços inoxidáveis austeníticos podem ser suscetíveis à corrosão por pites, à corrosão em frestas ou à corrosão sob tensão por cloretos em determinadas condições. Aços inoxidáveis com maior teor de elementos de liga ou determinadas ligas de níquel podem oferecer uma margem melhor, mas nenhuma das famílias é universalmente imune. Frestas sob depósitos ou em juntas podem ser mais agressivas do que o fluido a granel.

O serviço em ácidos também exige uma avaliação específica para cada grau. A concentração, a temperatura, a aeração e as impurezas podem alterar o comportamento de corrosão de uma liga. Uma liga de níquel selecionada para uma mistura ácida não deve ser automaticamente usada em outra. Quando as informações publicadas sobre compatibilidade não representam a mistura ou o ciclo operacional reais, considere realizar ensaios de corrosão representativos antes da aprovação.

Separe a resistência à temperatura da resistência mecânica

Uma tira pode resistir à oxidação, mas não ter resistência suficiente para suportar a carga na temperatura de operação. Em contrapartida, um material resistente pode perder espessura por oxidação ou corrosão. Avalie tanto o limite ambiental quanto os requisitos mecânicos na temperatura do metal, que pode ser diferente da temperatura do gás ou fluido ao redor.

Para serviço prolongado em altas temperaturas, analise as propriedades relevantes nessa faixa de temperatura, incluindo o comportamento à fluência ou à ruptura sob tensão, quando aplicável. Os ciclos térmicos trazem outra preocupação: a diferença de expansão entre a tira e as peças adjacentes pode impor tensões às juntas. Compare os coeficientes de expansão térmica dos materiais candidatos e considere a faixa de temperatura e o grau de restrição previstos.

Não presuma que todas as ligas de níquel tenham a mesma capacidade para altas temperaturas. A Incoloy 800H, por exemplo, exige uma análise de seleção diferente da de uma liga voltada à resistência à corrosão, como a Incoloy 825. Da mesma forma, um grau de aço inoxidável resistente ao calor pode ser suficiente quando o ambiente e o projeto permitem.

Considere o componente acabado, não apenas a tira

As tiras são frequentemente dobradas, corrugadas, estampadas, soldadas ou unidas a outro material. Essas operações alteram os critérios de seleção. Um grau que apresenta bom desempenho em uma tabela de corrosão pode ser difícil de conformar em uma geometria estreita na espessura necessária ou pode exigir um procedimento de soldagem que controle o aporte térmico e preserve a resistência à corrosão.

Em equipamentos de transferência de calor, umaplaca aletada de trocador de calor pode ser fornecida em formato plano ou corrugado. Essas geometrias aumentam a área de superfície para transferência de calor, mas a escolha da liga ainda depende dos fluidos, da temperatura do metal, do método de união e da estabilidade mecânica necessária. As opções de materiais listadas incluem Inconel 600 e 625, Incoloy 800H e 825, Monel 400 e Hastelloy C276 e C22; esses graus não devem ser considerados intercambiáveis.

A condutividade térmica também merece uma comparação direta, com base em dados dos graus e das temperaturas específicos. Uma liga resistente à corrosão pode exigir uma espessura ou geometria diferente das aletas para atingir o objetivo térmico. A área de superfície, por si só, não determina o desempenho do trocador acabado: também importam a qualidade do contato, a incrustação e o escoamento do fluido.

Transforme a comparação em uma especificação de material

1. Defina o envelope de exposição. Documente as temperaturas normais e de condições anormais, as concentrações químicas, os ciclos de limpeza, os depósitos e as condições de molhamento e secagem. Identifique quais superfícies ficam expostas e se as frestas são inevitáveis.
2. Selecione graus específicos para a lista inicial. Compare um grau de aço inoxidável adequado com uma liga de níquel destinada à mesma exposição. Verifique os dados de corrosão e de altas temperaturas em condições tão próximas quanto possível das condições de serviço.
3. Verifique a condição do produto. Especifique a espessura e a largura da tira, as tolerâncias, a condição da superfície e o estado de revenimento ou tratamento térmico exigido. A resistência mecânica e a conformabilidade devem ser avaliadas na condição de fornecimento e após a fabricação.
4. Analise a união e a conformação. Confirme a geometria de dobra, a sequência de conformação, a compatibilidade de soldagem ou brasagem e a necessidade de limpeza ou tratamento térmico após a fabricação. Avalie a junta como parte da barreira contra a corrosão.
5. Compare os custos do serviço instalado. Inclua material, fabricação, inspeção, intervalos previstos de substituição e premissas sobre o tempo de parada. Um preço de compra mais alto pode ser justificado pelas condições de serviço, mas não se deve presumir uma vida útil mais longa sem evidências que a sustentem.

Em um ambiente relativamente pouco agressivo e bem caracterizado, uma tira de aço inoxidável adequada costuma ser um ponto de partida sensato. Considere uma liga de níquel selecionada especificamente quando o mecanismo de corrosão, a temperatura de operação ou as propriedades mecânicas exigidas excederem a faixa comprovada dos aços inoxidáveis candidatos. Antes da aprovação final, verifique a disponibilidade e as propriedades para as dimensões e a condição exatas da tira, não apenas para a família da liga.