Placca in acciaio inossidabile 317L ad alta resistenza alla corrosione per la lavorazione chimica

Piastra in acciaio inossidabile 317L ad alta resistenza alla corrosione per lavorazioni chimiche

Piastra in acciaio inossidabile 317L ad alta resistenza alla corrosione per lavorazioni chimiche

Introduzione

Negli ambienti esigenti della lavorazione chimica, la selezione dei materiali gioca un ruolo fondamentale nel garantire longevità, sicurezza ed efficienza. Tra le numerose scelte disponibili, la lega nota come acciaio inossidabile 317L (denominata anche UNS S31703) si distingue per la sua maggiore resistenza alla corrosione, in particolare in ambienti acidi aggressivi e carichi di cloruro. Questo articolo esplora in modo approfondito la composizione, le proprietà, la fabbricazione e l'applicazione della lamiera di acciaio inossidabile 317L: perché è particolarmente adatta alla lavorazione chimica, cosa la rende diversa dalle qualità più comuni e come utilizzarla al meglio.

Composizione delle leghe e basi metallurgiche

Le prestazioni superiori dell'acciaio inossidabile 317L derivano principalmente dalla sua composizione chimica e dalla sua microstruttura. Rispetto agli acciai inossidabili austenitici standard come il grado 316L o 304/304L, il 317L incorpora livelli più elevati di cromo (Cr), nichel (Ni) e soprattutto molibdeno (Mo), elementi che contribuiscono in modo significativo alla resistenza alla corrosione.

Secondo fonti tecniche:

• Contenuto di cromo: circadal 18,0% al 20,0%.

• Contenuto di nichel: circadall'11,0% al 15,0%.

• Contenuto di molibdeno: tipicodal 3,0% al 4,0%(o talvolta citato come minimo del 3%).

• Contenuto di carbonio (per il grado “L”): massimo ~0,030 % (o basso tenore di carbonio) per ridurre il rischio di sensibilizzazione durante la saldatura.

• Altri elementi minori: manganese (Mn), silicio (Si), fosforo (P), zolfo (S), azoto (N) in quantità controllate.

Cosa comportano queste decisioni relative alle leghe?

• Il cromo forma una pellicola protettiva passiva di ossido di cromo (Cr₂O₃) sulla superficie dell'acciaio, fornendo resistenza alla corrosione generale e all'ossidazione.

• Il nichel stabilizza la struttura austenitica (reticolo cubico a facce centrate) che conferisce buona duttilità, tenacità e saldabilità.

• Il molibdeno aumenta significativamente la resistenza alocalizzatocorrosione come vaiolatura e corrosione interstiziale, soprattutto in ambienti contenenti cloruri e zolfo.

• Il basso contenuto di carbonio (nel grado “L”) riduce al minimo la precipitazione del carburo ai bordi del grano durante la saldatura o il servizio ad alta temperatura, proteggendo così dalla corrosione intergranulare.

In breve, il 317L è un acciaio inossidabile austenitico altolegato ottimizzato per ambienti esigenti in cui corrosione, temperatura e saldabilità sono tutti importanti.

Proprietà chiave della piastra in acciaio inossidabile 317L

Resistenza alla corrosione

Il vantaggio principale del 317L risiede nella sua resistenza alla corrosione, sia in generale che in condizioni altamente aggressive. Alcuni dei punti chiave includono:

• Resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale: A causa dell'elevato contenuto di molibdeno e nichel, il 317L mostra una resistenza significativamente migliore rispetto al 316L e ai gradi austenitici standard. Una fonte osserva che ilTemperatura critica di vaiolatura(CPT) del 317L è tipicamente 40-50 °C superiore a quello del 316L nelle soluzioni standard per test del cloruro.

• Resistenza in ambienti acidi e clorurati: 317L è spesso utilizzato in ambienti acidificanti, ricchi di cloruri e contenenti zolfo. Ad esempio: "resiste all'attacco in concentrazioni di acido solforico fino al 5% a 49 °C (120 °F)".

• Corrosione/sensibilizzazione intergranulare: Il basso contenuto di carbonio del 317L aiuta a mitigare il rischio di precipitazione di carburi (carburi di cromo) ai bordi dei grani durante la saldatura o l'esposizione ad alte temperature, mantenendo così la resistenza alla corrosione nella zona interessata dal calore (HAZ).

• Servizio di ossidazione/alta temperatura: 317L mostra una buona resistenza all'ossidazione e alla formazione di incrostazioni a temperature elevate: è stato segnalato un servizio continuo fino a ~925 °C (1700 °F) e intermittente fino a ~879 °C (1620 °F) in alcune fonti.

• Resistenza alla tensocorrosione (SCC).: Sebbene nessun acciaio inossidabile austenitico sia completamente immune, il 317L presenta soglie migliorate per l'SCC indotto da cloruro grazie alla combinazione di nichel e molibdeno più elevati.

Proprietà meccaniche e fisiche

Oltre alla resistenza alla corrosione, il 317L offre caratteristiche meccaniche e di fabbricazione adeguate per l'uso delle piastre nella lavorazione chimica:

• Resistenza alla trazione tipica: circa75 ksi (≈ 520 MPa), con limite di snervamento minimo intorno30 ksi (≈ 205 MPa).

• Allungamento: ≥ 40% in molti casi, indicando una buona duttilità.

• Proprietà termiche: Densità ~ 7,8–8,0 g/cm³ (≈ 0,289 lb/in³) per la piastra in lega.

• Coefficiente di dilatazione termica (20 – 100 °C): ~ 16,0 ×10⁻⁶/°C.

• Buona saldabilità e formabilità: essendo un acciaio inossidabile austenitico, il 317L può essere saldato utilizzando metodi comuni di fusione e resistenza (sebbene con la dovuta attenzione ai materiali di consumo della saldatura e al controllo del calore).

Disponibilità di fabbricazione/piastra

• Gli spessori delle piastre per 317/317L sono disponibili in commercio in un'ampia gamma: ad esempio, da 3/16″ fino a 4″ o più, a seconda del fornitore.

• Processi di fabbricazione come taglio al plasma, cesoiatura, taglio a getto d'acqua, formatura, saldatura e lavorazione meccanica sono realizzabili per la lamiera di grado 317L.

Perché scegliere la piastra 317L specificatamente per le applicazioni di lavorazione chimica?

Gli impianti di lavorazione chimica rappresentano un ambiente difficile per i materiali: esposizione ad acidi, alogenuri (cloruri, bromuri, ioduri), temperature elevate, condensazione di fumi corrosivi, pressione e servizio ciclico. I seguenti motivi sottolineano perché la piastra in acciaio inossidabile 317L è una scelta eccellente per tali applicazioni:

1. Tolleranza ai media aggressivi: Le apparecchiature negli impianti chimici spesso gestiscono acido solforico, acido fosforico, acidi organici, soluzioni ricche di cloruro, agenti sbiancanti, condizioni ossidanti e riducenti. La lega migliorata del 317L fornisce un margine di sicurezza oltre il convenzionale 316/316L.

2. Resistenza alla corrosione localizzata: Molti guasti nei processi chimici derivano dalla vaiolatura e dalla corrosione interstiziale, soprattutto in corrispondenza di giunti, flange, guarnizioni e zone stagnanti. La maggiore quantità di molibdeno nel 317L migliora la resistenza a tali modalità.

3. Integrità della saldatura e prevenzione della corrosione intergranulare: Recipienti, serbatoi e tubazioni saldati sono comuni negli impianti chimici. Il 317L a basso contenuto di carbonio limita la precipitazione del carburo durante la saldatura, preservando la resistenza alla corrosione nella ZTA, rendendolo più adatto rispetto alla sua controparte in carbonio standard (317) o alla famiglia 304 in queste situazioni.

4. Resistenza alle alte temperature e al creep: Alcuni processi chimici operano a temperature elevate o implicano cicli termici. Il 317L ha una maggiore resistenza allo scorrimento viscoso e una maggiore resistenza alla rottura a temperatura rispetto a molti acciai inossidabili standard, il che aiuta nel servizio prolungato ad alta temperatura.

5. Maggiore durata e minore manutenzione: Nelle installazioni ad alto costo e ad alto rischio (ad esempio, desolforazione dei gas di scarico, reattori chimici, impianti chimici marini/offshore), ridurre i tempi di inattività e la frequenza di sostituzione è fondamentale. La specifica della piastra 317L può garantire una maggiore durata e un minor numero di guasti legati alla corrosione.

6. Disponibilità come piastra: Molti recipienti, serbatoi, scambiatori di calore, piastre di supporto strutturale e coperture per processi chimici sono realizzati in lamiera. Il fatto che il 317L sia disponibile sotto forma di piastre (e talvolta in grandi spessori) consente la sostituzione diretta di componenti impegnativi.

Applicazioni tipiche nei processi chimici

Di seguito sono riportate alcune applicazioni specifiche in cui viene spesso utilizzato il materiale della piastra 317L:

• Serbatoi di stoccaggio e recipienti a pressione per soluzioni acide e prodotti chimici di processo.

• Attrezzature per la lavorazione della pasta di legno e della carta (ad es. torri di sbiancamento, digestori) in cui sono presenti cloruro, solfato e altri mezzi aggressivi.

• Scambiatori di calore e condensatori in impianti chimici, comprese installazioni marine o offshore dove l'acqua di mare e la presenza di cloruri richiedono un'elevata resistenza alla corrosione.

• Sistemi di desolforazione dei gas di combustione (FGD) nella produzione di energia che gestiscono acido solforico, anidride solforosa e gas contenenti alogenuri.

• Apparecchiature per il trattamento chimico in impianti petrolchimici: reattori, tubazioni, raccordi, dove sono presenti fluidi contenenti cloruri ad alta temperatura.

• Attrezzature per la lavorazione alimentare, farmaceutiche o biotecnologiche, soprattutto dove sono presenti processi di pulizia o sterilizzazione aggressivi (si noti tuttavia che i gradi sanitari possono richiedere una finitura superficiale più fine).

Confronto con altri gradi di acciaio inossidabile

Per comprendere il motivo per cui il 317L è stato scelto per “l’elevata resistenza alla corrosione”, è utile confrontarlo con altri comuni gradi di acciaio inossidabile:

• 317L contro 316/316L: Mentre il 316/316L è ampiamente utilizzato e offre una buona resistenza alla corrosione a tutto tondo, il 317L ha un contenuto di molibdeno e nichel più elevato, fornendo una migliore resistenza alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e agli attacchi di cloruro. Molte schede tecniche confermano che il 317L “supera il 316L in mezzi acidi e ricchi di cloruri” (ad esempio, acido solforico, acqua di mare).

• 317L contro 304/304L: I gradi 304/304L sono più economici e offrono una buona resistenza generale alla corrosione, ma non hanno il contenuto di molibdeno e le leghe ad alto contenuto di nichel presenti nel 317L, quindi sono meno adatti ad ambienti chimici altamente aggressivi.

• 317 (carbonio standard) vs 317L (basso tenore di carbonio): La differenza principale è il contenuto di carbonio inferiore nel 317L, che offre una migliore saldabilità e un minor rischio di corrosione intergranulare post-saldatura. Per molte applicazioni su piastre per la lavorazione chimica in cui la saldatura è comune, è preferibile la versione “L”.

Pertanto, quando si specifica una lamiera per apparecchiature di trattamento chimico, la scelta del 317L rappresenta un passo avanti nella resistenza alla corrosione, anche se a un costo leggermente più elevato. La giustificazione deriva dalla maggiore durata, da minori tempi di inattività per manutenzione e da una maggiore sicurezza in un servizio aggressivo.

Fabbricazione, saldatura e migliori pratiche

L'utilizzo della lamiera 317L negli impianti di lavorazione chimica richiede il rispetto di pratiche di fabbricazione e saldatura adeguate per ottenere la resistenza alla corrosione e l'integrità strutturale previste:

• Saldatura: Il 317L è saldabile con tutti i comuni metodi di fusione e resistenza (TIG, MIG, arco sommerso, ecc.). Tuttavia, per mantenere la completa resistenza alla corrosione, è essenziale l'uso di metalli d'apporto adeguati (ad esempio, AWS E317L/ER317L o riempitivo equivalente a base di nichel con un contenuto di Cr/Mo più elevato).

• Controllo delle zone termicamente alterate: Poiché la lega resiste alla sensibilizzazione, è adatta per il servizio saldato. Tuttavia, è necessario prestare attenzione agli intervalli di temperatura in cui potrebbe verificarsi la precipitazione del carburo di cromo (circa 427–816 °C / 800–1500 °F): in questo caso, il basso contenuto di carbonio del 317L aiuta.

• Formatura e lavorazione a freddo: Come per molti acciai inossidabili austenitici, la lavorabilità può essere più impegnativa (tendenza ad incrudirsi), pertanto si consiglia una selezione mirata degli utensili, basse velocità e rompitrucioli.

• Selezione del piatto: Quando si acquista una lamiera 317L per la lavorazione chimica, assicurarsi che il materiale soddisfi le specifiche pertinenti (ad esempio, ASTM A240 per lamiera o equivalente) e che lo spessore, la finitura superficiale e la certificazione corrispondano all'uso previsto. I fornitori elencano gli spessori delle lamiere da quelli sottili fino a quelli pesanti (ad esempio, fino a 4″ o più).

• Finitura superficiale: Sebbene la lastra per la lavorazione chimica non sempre richieda una finitura a specchio, garantire una superficie pulita e non difettosa è importante per la passività ed evitare fessure.

• Considerazioni sulla progettazione: Nelle apparecchiature per il trattamento chimico, è necessario prestare attenzione ad evitare fessure, zone stagnanti e concentrare ioni di alogenuri o composti di zolfo, poiché anche la migliore lega può guastarsi in condizioni estreme o con una progettazione inadeguata. Poiché il 317L ha una migliore resistenza alla corrosione interstiziale, necessita comunque di una buona ingegneria per sfruttare appieno i suoi vantaggi.

Limitazioni e considerazioni

Sebbene il 317L sia una scelta solida, è importante comprenderne i limiti e garantire che le specifiche siano allineate con l'ambiente di processo:

• Non infallibile in tutti gli acidi: Alcuni acidi altamente ossidanti (ad esempio l'acido nitrico concentrato) possono attaccare il 317L o richiedere leghe ancora più specializzate.

• Costo e disponibilità: Essendo un acciaio inossidabile di lega superiore, il 317L può costare di più rispetto ai gradi standard e i tempi di consegna potrebbero essere più lunghi a seconda del fornitore e dello spessore della lamiera.

• La suscettibilità alla tensocorrosione (SCC) rimane: Sebbene migliorato rispetto alle leghe inferiori, il 317L non è immune all'SCC, specialmente in ambienti ad alta temperatura, ad alto contenuto di cloruro e ad alto stress. Una buona progettazione e manutenzione sono ancora fondamentali.

• È richiesta competenza nella fabbricazione: Una saldatura, un trattamento termico e una passivazione post-saldatura adeguati sono fondamentali per mantenere le massime prestazioni della lega. Se la fabbricazione è scadente, può comunque verificarsi corrosione.

• Test specifici dell'ambiente: Poiché gli impianti chimici possono avere miscele, concentrazioni, temperature e condizioni di flusso/interstizi molto particolari, è prudente eseguire prove di servizio o consultare esperti di corrosione piuttosto che affidarsi esclusivamente a schede tecniche generiche.

Linee guida e standard per le specifiche

Quando si selezionano piastre in acciaio inossidabile 317L per l'uso nella lavorazione chimica, le specifiche e la conformità agli standard aiutano a garantire qualità e tracciabilità. Alcuni standard rilevanti includono:

• ASTM A240 / ASME SA240 – Specifiche per piastre, fogli e nastri di acciaio inossidabile al cromo-nichel-molibdeno per recipienti a pressione e applicazioni generali.

• Designazione UNS S31703 per 317L.

• W.Nr. 1.4438 è una designazione comune europea per 317/317L.

• Possono essere applicati standard aggiuntivi per forma, materiali di consumo per saldatura, fabbricazione e test (ad esempio, NACE per la corrosione, ASME per i recipienti a pressione).

Quando si ordina la piastra, includere: grado (317L), spessore, larghezza, lunghezza, finitura superficiale, stato del trattamento termico (ricotto), certificato di conformità alle specifiche e test di corrosione se richiesti (ad esempio, test di resistenza alla vaiolatura o valutazione SCC).

Riepilogo e raccomandazione

In sintesi, la piastra in acciaio inossidabile 317L offre un'interessante combinazione di elevata resistenza alla corrosione, in particolare contro vaiolatura, corrosione interstiziale e attacchi di cloruri, combinata con buona saldabilità e resistenza alle alte temperature, rendendola particolarmente adatta per ambienti di lavorazione chimica. La sua lega migliorata (Cr, Ni, Mo) rispetto ai gradi convenzionali e il basso contenuto di carbonio per resistere alla sensibilizzazione, gli conferiscono un netto vantaggio in un servizio aggressivo.

Per le applicazioni di lavorazione chimica in cui le apparecchiature sono esposte ad acidi, cloruri, temperature elevate o ambienti aggressivi contenenti alogenuri e dove tempi di inattività o guasti indotti dalla corrosione sono inaccettabili, la specifica della piastra in acciaio inossidabile 317L è una scelta efficace. Detto questo, insieme alla selezione dei materiali, anche pratiche di progettazione, fabbricazione, saldatura e manutenzione adeguate sono fondamentali per ottenere prestazioni a lungo termine.

Se si specifica una piastra per apparecchiature di trattamento chimico, ecco alcuni consigli pratici:

• Confermare l'ambiente di processo: tipi/concentrazioni di acidi, presenza di cloruro, temperatura, regime di flusso, presenza di zone stagnanti o fessure.

• Piastra di qualità selezionata 317L (UNS S31703) con composizione certificata e test meccanici.

• Assicurarsi che la piastra sia ricotta correttamente e fornita con lo spessore, la larghezza e le condizioni superficiali corrette per la fabbricazione.

• Utilizzare materiali di consumo e procedure di saldatura qualificati e considerare la passivazione o la pulizia post-saldatura per garantire che la pellicola passiva sia intatta.

• Progettare attrezzature per ridurre al minimo le fessure, le zone stagnanti, l'intrappolamento di cloruro e i siti di aerazione differenziale.

• Prendere in considerazione l'ispezione periodica delle aree sensibili alla corrosione (ad es. giunti, saldature, flange) soprattutto durante le prime operazioni di manutenzione.

• Laddove siano coinvolte condizioni estremamente aggressive (ad esempio, acido nitrico concentrato, acido solforico elevato a temperature elevate), valutare se potrebbe essere necessaria una lega più specializzata (ad esempio, lega inossidabile duplex, lega ad alto contenuto di nichel).

In conclusione, quando il requisito è "elevata resistenza alla corrosione" in un ambiente di lavorazione chimica, il titolo "Piastra in acciaio inossidabile 317L ad alta resistenza alla corrosione per lavorazioni chimiche" è ben giustificato: la piastra 317L offre davvero una soluzione ad alte prestazioni per condizioni di servizio difficili.