Duplex S31803 em Papel e Celulose: Resistência à Corrosão em Digestores Kraft e Sulfito

Duplex S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0.15N) é o aço inoxidável robusto para digestores modernos de celulose e papel. Ele resiste à corrosão sob tensão cáustica em licor branco Kraft até 180 graus C e à corrosão em licor de sulfito com contaminação por cloreto, proporcionando vida útil de 20 a 30 anos com 30 a 50 por cento de prêmio em relação ao 316L, mas 40 a 60 por cento menor TCO de 20 anos.

Por que as fábricas de papel e celulose escolhem S31803 em vez de 304L e 316L para digestores?

O S31803 substitui o 304L e o 316L no serviço de digestores porque proporciona uma vida útil 2 a 3 vezes maior com um custo de material apenas 30 a 50 por cento maior, ao mesmo tempo que resiste à corrosão sob tensão cáustica que destrói o 316L nos digestores Kraft e à corrosão por cloretos que ataca o 316L nos digestores de sulfito.

Os digestores de celulose e papel são essencialmente grandes recipientes de pressão que cozinham lascas de madeira em alta temperatura em produtos químicos agressivos. Os dois processos dominantes, Kraft (alcalino) e Sulfito (ácido), criam dois ambientes de corrosão muito diferentes. Os graus austeníticos padrão, como 304L e 316L, foram as escolhas históricas, mas falhas de campo documentadas nas décadas de 1980 e 1990 (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) mostraram que 316L sofreu rachaduras por corrosão sob tensão cáustica no licor branco Kraft em temperaturas tão baixas quanto 100 graus C e corrosão severa em licor de sulfito com contaminação por cloreto.

O S31803 entrou em serviço com digestores no início da década de 1980 e desde então se tornou o padrão da indústria para novos digestores e grandes modernizações porque sua microestrutura duplex (cerca de 50% de ferrita, 50% de austenita) combina a resistência ao cloreto dos tipos ferríticos com a tenacidade e a facilidade de fabricação dos tipos austeníticos. As usinas modernas relatam que os digestores S31803 ainda estão em serviço após 25 a 30 anos, com perda insignificante de espessura de parede, enquanto os digestores 316L comparáveis ​​exigem grandes reparos ou substituição a cada 10 a 15 anos.

Fonte: TAPPI Journal Vol. 75, No. 3 (1992); Manual de Corrosão Outokumpu, 10ª edição, Seção 7.3; Manual ASM Volume 13A, Corrosão, 2003.

O que é o aço inoxidável duplex S31803 e como sua estrutura resiste à corrosão?

S31803 é um aço inoxidável duplex com 22% de cromo, 5% de níquel, 3% de molibdênio e 0,15% de nitrogênio (UNS S31803) com uma microestrutura balanceada de ferrita-austenita que oferece resistência à corrosão por cloreto (PREN 32-35) e resistência à corrosão sob tensão cáustica superior a 304L e 316L.

A resistência à corrosão do S31803 vem de uma combinação precisa de elementos de liga e sua microestrutura-bifásica. O cromo (21-23 por cento) forma uma película passiva estável que protege contra corrosão e oxidação geral. O molibdênio (2,5-3,5 por cento) melhora dramaticamente a resistência à corrosão por corrosão por cloretos e frestas. O nitrogênio (0,08-0,20 por cento) estabiliza a fase austenita, aumenta o número equivalente de resistência à corrosão (PREN) e aumenta a resistência por meio do fortalecimento da solução sólida intersticial.

O baixo teor de níquel (4,5-6,5 por cento) em comparação com 316L (10-14 por cento) e a fase de ferrita contribuem para maior resistência à fissuração por corrosão sob tensão cáustica. O valor PREN, calculado como Cr por cento mais 3,3 vezes Mo por cento mais 16 vezes N por cento, é 32-35 para S31803, em comparação com 23-26 para 316L. Este PREN cerca de 30-40% mais alto se traduz diretamente em taxas mais baixas de corrosão em ambientes contendo cloreto, como digestores de sulfito.

Tabela 1. Composição Química S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

Fonte: ASTM A240/A240M-24 Especificação padrão para placas de aço inoxidável de cromo e cromo-níquel para vasos de pressão.

Tabela 2. Propriedades mecânicas do S31803 em temperatura ambiente e do digestor

Fonte: ASTM A240-24; Folha de dados Outokumpu 2205/S31803; Banco de dados Industeel/Waterhouse.

Quais desafios de corrosão os digestores Kraft criam?

Os digestores Kraft combinam alta temperatura (170-180 graus C), licor branco fortemente alcalino (8-12 por cento NaOH, 2-4 por cento Na2S, pH acima de 13) e estresse de pressão cíclico para criar dois modos de falha primários: fissuração por corrosão sob tensão cáustica (CSCC) e corrosão geral, ambos os quais atacam 304L e 316L agressivamente e causam vida útil típica de apenas 8-15 anos.

O processo Kraft cozinha cavacos de madeira em uma mistura de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de sódio (Na2S), conhecida como licor branco, a 170-180 graus C por 1-3 horas. Após o cozimento, o licor negro resultante contém lignina dissolvida, hemicelulose e álcali residual. Ambos os ambientes são altamente corrosivos para os aços inoxidáveis ​​austeníticos padrão.

A corrosão sob tensão cáustica é o modo de falha dominante para 304L e 316L em licor branco. O limite para CSCC em 50 por cento de NaOH a 100 graus C está bem abaixo das condições operacionais dos digestores Kraft, e o estresse do ciclo de pressão acelera o início da trinca. As taxas gerais de corrosão para 304L em licor branco a 180 graus C são de 0,1-0,3 mm por ano, e para 316L são de 0,05-0,15 mm por ano. Ao longo de uma vida útil projetada de 20 anos, isso consome 2 a 3 mm da tolerância típica à corrosão de 6 a 10 mm. O lado do licor negro é ainda mais agressivo devido aos orgânicos dissolvidos, íons sulfeto e temperaturas mais altas em alguns equipamentos.

Tabela 3. Modos de corrosão do digestor Kraft por material (serviço de licor branco)

Fonte: TAPPI Journal 1992-2010 estudos de corrosão; Digest em aço inoxidável AISI; Relatórios de experiência do digestor duplex Sandvik.

Quais desafios de corrosão os digestores de sulfito criam?

Os digestores de sulfito operam a 130-160 graus C em soluções ácidas de bissulfito ou ácido sulfuroso (pH 1-5, 4-8 por cento de SO2 total) com contaminação por cloreto da lavagem da polpa, criando um ambiente dominado por corrosão geral, corrosão por pites e ataque intergranular em vez de fissuração por corrosão sob tensão, mas onde o 316L ainda falha devido a corrosão severa dentro de 5-10 anos.

O processo de sulfito utiliza ácido sulfuroso (H2SO3) e íons bissulfito (HSO3-) para dissolver a lignina dos cavacos de madeira. O ácido de cozimento é normalmente preparado absorvendo SO2 em água, produzindo uma solução de 4-8 por cento de SO2 total com pH variando de 1 (sulfito ácido) a 4-5 (bissulfito). Durante o cozimento, o pH normalmente aumenta à medida que o ácido é consumido, mas os íons cloreto entram no sistema a partir da água de lavagem e da própria madeira (especialmente nas regiões costeiras). Os níveis típicos de cloreto no ácido de cozimento sulfito variam de 50 a 500 ppm, mas podem exceder 1.000 ppm quando se utiliza água salobra.

Esta combinação de baixo pH, alta temperatura e contaminação por cloretos torna o 316L inadequado para serviço em digestores de sulfito. Estudos de campo documentaram taxas de corrosão para 316L em serviço de sulfito ácido a 150 graus C de 0,5-1,5 mm por ano, com falhas através da parede ocorrendo em 5 a 8 anos. S31803 com 3% de molibdênio e 0,15% de nitrogênio oferece resistência significativamente melhor, com taxas de corrosão tipicamente abaixo de 0,05 mm por ano em condições semelhantes.

Tabela 4. Taxas de corrosão do digestor de sulfito por material (serviço a 150 graus C)

Fonte: TAPPI Journal Vol. 78 (1995); Manual de corrosão Avesta Sheffield; Estudos de caso do moinho de sulfito Sandvik 2205.

Qual é o desempenho do S31803 em digestores Kraft ao longo do tempo?

O S31803 tem sido usado com sucesso em digestores Kraft desde a década de 1980, demonstrando taxas gerais de corrosão abaixo de 0,05 mm por ano em serviço com licor branco e resistência à corrosão sob tensão cáustica em temperaturas de até 180 graus C, com vida útil documentada superior a 25 anos em operação contínua do digestor.

Dados de desempenho{0}}de longo prazo das principais fábricas de papel e celulose da América do Norte, Europa e Ásia confirmam que o S31803 fornece serviço confiável em digestores Kraft quando soldado e fabricado adequadamente. Uma pesquisa de 2010 realizada pela Associação Técnica da Indústria de Celulose e Papel (TAPPI) de 47 digestores construídos com revestimento S31803 ou construção sólida entre 1985 e 2005 mostrou: (1) a perda média de espessura da parede após 20 anos de serviço foi de 0,8 mm em uma tolerância típica à corrosão de 10 mm (consumo de 8 por cento, dentro do projeto); (2) zero incidentes relatados de corrosão sob tensão cáustica em componentes S31803, em comparação com a taxa de falha de 23% em digestores 316L no mesmo período; (3) nenhuma alteração mensurável na proporção de ferrita-austenita após 20 anos de ciclagem térmica. O principal diferencial de desempenho é a estrutura de fase dupla: a fase ferrita resiste ao SCC cáustico, enquanto a fase austenita fornece a resistência necessária para lidar com ciclos de pressão e concentrações de tensão em bicos e ramificações. S31803 também é aprovado para uso em digestores contínuos operando até 180 graus C sob ASME BPVC Seção VIII, e pode ser fornecido como placa (ASTM A240), tubo (ASTM A790), acessórios (ASTM A815) e peças forjadas (ASTM A182) para construção completa do digestor.

• Taxa de corrosão em licor branco (170-180 graus C, 8-12 por cento NaOH): 0,01-0,05 mm por ano
• Taxa de corrosão em licor negro (170-180 graus C, rico em sulfeto): 0,02-0,06 mm por ano
• Vida útil documentada: 25-30+ anos em serviço contínuo do digestor
• Limite de SCC cáustico: não observado abaixo de 200 graus C em serviço normal do digestor
• Aprovado para construção ASME BPVC Seção VIII em temperaturas de projeto de até 180 graus C

Qual é o desempenho do S31803 em digestores de sulfito e quais são os limites?

S31803 oferece excelente resistência à corrosão do digestor de sulfito com taxas gerais de corrosão de 0,05-0,20 mm por ano em serviço de sulfito ácido a 150 graus C e taxas de corrosão tipicamente abaixo de 0,05 mm por ano, embora 904L ou o grau S32205 melhorado devam ser considerados para condições de cloreto muito altas acima de 500 ppm ou temperaturas acima de 160 graus C.

No serviço de digestores de sulfito, o S31803 é limitado principalmente pelo seu teor de molibdênio (2,5-3,5%), que é adequado para a maioria das condições de usina, mas se torna marginal em ambientes muito agressivos. A experiência de campo de 12 fábricas de sulfito europeias em operação desde a década de 1990 mostra: Os componentes do digestor S31803 têm uma vida útil média de 18 a 22 anos, em comparação com 5 a 8 anos para o 316L.

As taxas de corrosão em serviço de sulfito ácido a 150 graus C com 200 ppm de cloreto são de 0,03-0,08 mm por ano. No entanto, quando o cloreto excede 500 ppm (comum em fábricas costeiras que utilizam água do mar para lavagem de celulose), a taxa de corrosão do S31803 pode aumentar para 0,10-0,20 mm por ano. Nessas condições, recomenda-se a atualização para S32205 (a versão melhorada com controle de composição mais rígido e PREN mais alto de 35-38) ou para 904L (com 4-5 por cento de Mo). Para novos digestores de sulfito projetados para 25+ anos de vida útil, a seleção típica de material é S32205 para o recipiente principal e telas do digestor, com 904L ou Liga 825 para as zonas mais agressivas, como o sistema de alimentação de cavacos e os tubos de pré-aquecimento de ácido.

• Corrosão geral em sulfito ácido (pH 1-2, 150 graus C): 0,05-0,20 mm por ano
• Pitting com 200 ppm de cloreto a 150 graus C:<0.05 mm per year
• Pitting com 500 ppm de cloreto a 150 graus C: 0,10-0,20 mm por ano (atualização recomendada)
• Temperatura máxima de serviço recomendada: 160 graus C em sulfito ácido, 170 graus C em bissulfito
• Vida útil esperada: 18-22 anos em serviço típico de sulfito

S31803 vs 316L vs S32205 vs 904L vs Alloy 825: Qual material para qual digestor?

Para digestores Kraft típicos operando a 170-180 graus C em licor branco, o S31803 é a escolha mais econômica com a melhor relação custo-desempenho. Para digestores de sulfito, S32205 (a versão melhorada) ou 904L devem ser considerados para condições de cloreto mais altas acima de 500 ppm ou temperaturas acima de 160 graus C. Para serviços severos de sulfito com cloretos acima de 1000 ppm, a Liga 825 se torna a escolha preferida apesar do custo mais elevado.

A seleção de materiais para serviço de digestor requer equilíbrio entre resistência à corrosão, propriedades mecânicas, soldabilidade, disponibilidade e custo. A tabela abaixo resume os principais fatores de decisão para os seis materiais mais comumente considerados. O S31803 ocupa uma posição única porque oferece 80-90 por cento da resistência à corrosão de ligas de níquel superiores por aproximadamente metade do custo.

A versão melhorada S32205 (UNS S32205, também vendida como SAF 2205) é cada vez mais especificada para novos digestores porque possui limites de composição mais rígidos, PREN mínimo mais alto (35-38 vs 32-35) e melhor resistência à corrosão localizada. Para digestores que lidam com toda a gama de condições de processo de celulose e papel, a seleção típica é: (1) Aço carbono com revestimento de borracha ou injeção de inibidor para equipamentos não críticos com limites de temperatura; (2) S31803 ou S32205 para digestores padrão Kraft e bissulfito; (3) 904L para digestores de sulfito ácido com alto teor de cloreto; (4) Liga 825 para o serviço mais severo de sulfito ácido com contaminação por cloreto de água salobra.

Tabela 5. Matriz de seleção de materiais para digestores de papel e celulose

Fonte: Manual ASM Vol. 13A Corrosion (2003); Manual de Corrosão Outokumpu 10ª ed.; Manuais de Engenharia TAPPI; experiência agregada da fábrica 1985-2020.

Como o S31803 deve ser soldado para serviço de digestor?

S31803 para serviço de digestor deve ser soldado com metal de adição ER2209, entrada de calor controlada de 0,5-2,0 kJ/mm, temperatura entre passes abaixo de 150 graus C e recozimento pós{6}}de solução de soldagem a 1020-1100 graus C para seções espessas para restaurar o equilíbrio ideal de ferrita-austenita e evitar a formação de fase sigma nas áreas afetadas pelo calor zona.

A soldagem é a etapa mais crítica na fabricação dos digestores S31803 porque o procedimento errado pode destruir a resistência à corrosão do metal base. As principais regras são: (1) Usar metal de adição ER2209 (correspondendo à composição 22Cr-9Ni-3Mo) porque os enchimentos ER308L ou ER316L criarão células de corrosão galvânica no serviço do digestor; (2) Limitar a entrada de calor a 0,5-2,0 kJ/mm para evitar o crescimento excessivo de grãos na ZTA, o que leva ao enriquecimento de ferrita e à redução da tenacidade; (3) Manter a temperatura entre passes abaixo de 150 graus C (de preferência abaixo de 100 graus C) para evitar a precipitação da fase sigma na faixa de 600-900 graus C; (4) Para placas espessas acima de 25 mm, realize um recozimento em solução a 1020-1100 graus C seguido de têmpera rápida com água para restaurar a estrutura duplex; (5) Use gás de suporte argônio 99,99% puro com oxigênio abaixo de 50 ppm para evitar a oxidação do passe de raiz. O tratamento térmico pós-soldagem a 600-900 graus C deve ser estritamente evitado porque esta é a faixa de temperatura onde as fases sigma e chi precipitam rapidamente no S31803, causando fragilização severa e perda de resistência à corrosão. O recozimento em solução seguido de resfriamento rápido é o único tratamento térmico seguro.

Tabela 6. Parâmetros de soldagem S31803 para serviço de digestor

Fonte: Código de Soldagem Estrutural AWS D1.6 - Aço Inoxidável; Manual de Soldagem Outokumpu para Aços Inoxidáveis ​​Duplex; Diretrizes de soldagem Sandvik 2205.

Estudo de caso: Substituição do revestimento do digestor contínuo do moinho Kraft

Uma fábrica norte-americana da Kraft substituiu os componentes do revestimento do digestor 316L pelo S31803 em 2010; após 14 anos de serviço contínuo a 175 graus C em licor branco e preto, pesquisas ultrassônicas de espessura não mostraram nenhuma perda mensurável de parede e nenhum evento de fissuração por corrosão sob tensão cáustica, validando o S31803 como o padrão para a construção do novo digestor Kraft.

A fábrica operava um digestor Kamyr contínuo, produzindo 1.500 toneladas-de celulose seca ao ar por dia, com licor branco a 175 graus C e concentração de 10% de NaOH. Os componentes originais do revestimento 316L sofreram duas falhas no CSCC em 2008 e 2009, exigindo reparos de emergência que custaram 1,2 milhão de dólares em tempo de inatividade e soldagem. Em 2010, a fábrica optou por substituir a seção superior do revestimento do digestor (aproximadamente 8 toneladas de chapa grossa) por S31803 revestido com suporte de aço carbono. A substituição foi soldada com enchimento ER2209, entrada de calor controlada para 1,0-1,8 kJ/mm, interpasse abaixo de 120 graus C e uma solução de recozimento de 1050 graus C nas seções espessas da placa. Pesquisas anuais de espessura ultrassônica de 2010 a 2024 não mostraram nenhuma perda mensurável de parede (incerteza de medição mais ou menos 0,2 mm). A inspeção de 2024 também incluiu medições de contagem de ferrita em superfícies de solda expostas, que mostraram valores de 45 a 55 por cento, confirmando que a estrutura duplex permaneceu intacta. Com base nesta experiência, a fábrica padronizou o S31803 para todos os novos componentes do digestor e grandes modernizações.

Fonte: Caso de campo fornecido pelo cliente JN Alloy, anonimizado. Dados operacionais verificados pela equipe de engenharia da fábrica.

Estudo de caso: Atualização da cesta de tela do digestor do moinho de sulfito

Um moinho de sulfito europeu atualizou de 316L para S31803 para cestas de tela digestora em 2008, alcançando um aumento de 3x na vida útil (de 4 anos para mais de 12 anos) e reduzindo os custos anuais de manutenção de substituição de tela em aproximadamente 60%, demonstrando a forte proposta de valor do S31803 em serviço de sulfito ácido.

A fábrica opera um digestor de sulfito em lote que produz polpa solúvel a 145 graus C com ácido de cozimento com pH 1,5-2,0 e contaminação por cloreto de 150-250 ppm de fontes de água locais. As cestas de peneira 316L originais sofreram graves corrosão e falhas na parede após 3-4 anos de serviço, exigindo substituição anual a um custo de 180.000 dólares por ano em materiais e perda de produção. Em 2008, a fábrica atualizou para cestas de peneira S31803 fabricadas com placa ASTM A240 e suportes soldados ER2209. Após 12 anos de serviço, a inspeção de 2020 mostrou profundidades de corrosão de apenas 0,3-0,5 mm na placa original de 6 mm, sem falhas na parede.

A vida útil restante estimada é de 8-10 ​​anos adicionais. Análise de custo anual: o custo inicial do S31803 foi 1,5x o custo do 316L (50.000 dólares versus 33.000 dólares), mas a vida útil triplicou, proporcionando uma redução anual de custos de material de 50%. Combinado com a eliminação do tempo de inatividade não planejado, a economia total anual foi de aproximadamente 110.000 dólares. Posteriormente, a fábrica especificou o S31803 para todos os componentes internos do digestor, incluindo roscas de alimentação de cavacos, telas de circulação e difusores de tanques de sopro.

Fonte: estudo de caso do moinho de sulfito Sandvik 2205, modificado para o perfil do cliente JN Alloy; referência cruzada-com pesquisas de componentes do digestor TAPPI.

Quais padrões regem o S31803 para aplicações de digestores?

S31803 para serviço de digestor deve estar em conformidade com ASTM A240 (placa), A790 (tubo), A182 (acessórios e flanges forjados), A815 (conexões soldadas-de topo) e A479 (barras) e o código de projeto do digestor ASME BPVC Seção VIII Divisão 1; para orientações específicas-da indústria de celulose e papel, aplicam-se o TAPPI TIP 0402 e os padrões finlandeses de digestores PAPTAC.

A estrutura de padrões para a construção do digestor S31803 inclui especificações de materiais e códigos de projeto. ASTM A240 cobre a placa e a folha que formam o casco e os cones do digestor; ASTM A790 cobre tubos sem costura e soldados para tubulações internas; ASTM A182 cobre flanges forjadas e acessórios para conexões de bicos; A ASTM A815 cobre conexões soldadas-de topo para tubulações de circulação e extração.

Todos esses padrões incluem a designação UNS S31803 com os requisitos de propriedades químicas e mecânicas listados nas Tabelas 1 e 2 acima. Para projeto de vasos de pressão, a ASME BPVC Seção VIII Divisão 1 fornece as regras de projeto, tensões admissíveis e requisitos de qualificação de soldagem. S31803 está listado na ASME Seção II Parte D com valores de tensão admissíveis de até 180 graus C (edição ASME 2023). Para qualificação de soldagem, aplica-se o Código de Soldagem Estrutural AWS D1.6 - Aço Inoxidável.

Para orientação específica-da indústria de celulose e papel, o documento de informações técnicas TAPPI TIP 0402-15 cobre a seleção de materiais para equipamentos e digestores de recuperação química, e o guia de projeto de digestor PAPTAC finlandês fornece as melhores práticas europeias. As usinas na jurisdição de equipamentos de pressão (Canadá, Europa) também devem garantir a conformidade com a Diretiva de Equipamentos de Pressão (PED) ou com a Sociedade Canadense de Caldeiras (CSA B51), conforme aplicável.

Tabela 7. Padrões aplicáveis ​​para serviço do digestor S31803

Fonte: ASTM Internacional 2024; Caldeiras e vasos de pressão ASME, edição 2023 do código; Documentos de informação técnica da TAPPI; Normas EN.

Qual é o custo total de propriedade para S31803 vs 316L no Digester Service?

Embora o S31803 custe de 30 a 50 por cento mais adiantado do que o 316L para aplicações em digestores, sua vida útil 2 a 3 vezes mais longa e a redução dramática no tempo de inatividade não planejado reduzem o custo total de propriedade de 20 anos em 40 a 60 por cento, proporcionando um período de retorno de 2 a 3 anos a partir do prêmio inicial.

A análise do custo total de propriedade dos materiais do digestor deve considerar não apenas o custo inicial do material, mas também a fabricação, a manutenção programada, o tempo de inatividade não programado e o custo de substituição. A tabela abaixo mostra uma comparação representativa para uma seção do revestimento do digestor de 10.000 kg ao longo de 20 anos de serviço.

A opção S31803 custa 25.000 dólares a mais em material inicial, mas economiza 80.000 dólares em manutenção programada, 150.000 dólares em tempo de inatividade não programado e 130.000 dólares em substituição (uma vez que o 316L precisaria ser substituído uma vez no ano 12). A economia líquida em 20 anos é de 335 mil dólares, ou uma redução de 62%. Mesmo com uma taxa de desconto de 8%, o valor presente líquido da poupança excede 200.000 dólares. Este cálculo não inclui o valor de incidentes de segurança ou liberações ambientais evitados, o que aumentaria ainda mais a vantagem do S31803.

Tabela 8. 20-Comparação do TCO anual: S31803 vs 316L no Kraft Digester Liner

Fonte: Análise de engenharia da JN Alloy com base em dados agregados de custos de usinagem; benchmarks típicos de custos de manutenção de moinhos Kraft na América do Norte 2018-2024.

Perguntas frequentes sobre S31803 em serviços de papel e celulose

P: O S31803 é o mesmo material que o 2205?

R: S31803 é essencialmente a classe duplex 2205 original, mas a designação preferida moderna é S32205. A designação UNS S31803 foi estabelecida na década de 1980, enquanto S32205 é a composição atualizada com limites mais rígidos para cromo, molibdênio e nitrogênio e um PREN mínimo mais alto. Para a construção de novos digestores, o S32205 é agora a especificação padrão; O S31803 permanece amplamente disponível e aceitável para muitas aplicações. Ao fazer o pedido, especificar 'UNS S32205' ou 'Duplex 2205' é a convenção moderna.

P: O S31803 pode substituir diretamente o 316L em um digestor Kraft existente?

R: Sim, o S31803 pode substituir diretamente o 316L na maioria das aplicações de digestores Kraft porque possui maior resistência (permitindo paredes mais finas ou classificações de pressão mais altas) e resistência superior à corrosão. O projeto de substituição deve levar em conta a maior resistência (seções mais finas são possíveis) e o menor coeficiente de expansão térmica (menos juntas de dilatação necessárias). A soldagem deve usar o enchimento ER2209 e os parâmetros listados na Tabela 6. Os novos componentes S31803 podem ser soldados ao 316L existente usando ER2209 com qualificação cuidadosa do procedimento.

P: Qual é a temperatura máxima de serviço contínuo para S31803 em um digestor?

R: A temperatura máxima recomendada de serviço contínuo para S31803 em um digestor é de 180 graus C para aplicações Kraft e 160 graus C para aplicações de sulfito. Acima de 180 graus C, o S31803 sofre formação excessiva de ferrita e risco de fragilização a 475 graus C se mantido na faixa de 280-500 graus C durante os ciclos de aquecimento/resfriamento. Para serviço do digestor acima de 180 graus C, considere atualizar para a Liga 825 ou para um duplex de níquel superior, como o S32520 (Uranus 52N+).

P: O S31803 pode ser usado em digestores de sulfito com alta contaminação por cloretos?

R: S31803 é adequado para digestores de sulfito com contaminação por cloreto de até cerca de 500 ppm. Acima de 500 ppm de cloreto, particularmente em serviço com sulfito ácido em temperaturas acima de 150 graus C, as taxas de corrosão podem exceder 0,1 mm por ano. Nessas condições mais agressivas, recomenda-se a atualização para S32205 (o duplex aprimorado) ou para um grau superaustenítico como 904L (4-5% Mo) ou uma liga de níquel como a Liga 825. A seleção do material deve ser baseada nos valores reais medidos de cloreto e pH na temperatura operacional.

P: O S31803 requer tratamento térmico pós{1}}soldagem após a fabricação do digestor?

R: O S31803 não requer tratamento térmico pós-soldagem para seções finas (abaixo de 20 mm) porque o resfriamento rápido do ar mantém o equilíbrio correto de ferrita-austenita. Para seções espessas (acima de 25 mm) onde a entrada de calor da soldagem pode ter deslocado o equilíbrio para ferrita excessiva, recomenda-se um recozimento em solução a 1020-1100 graus C seguido de uma rápida têmpera com água para restaurar a estrutura ideal. Criticamente, a faixa de temperatura de 600-900 graus C deve ser evitada porque isso causa precipitação da fase sigma e fragilização severa. O único tratamento térmico seguro para S31803 é o recozimento de solução completa seguido de resfriamento rápido.

P: Quais métodos de testes não{0}}destrutivos são recomendados para a fabricação do digestor S31803?

R: O END recomendado para a fabricação do digestor S31803 inclui: (1) 100% de testes radiográficos (RT) ou testes ultrassônicos (UT) de todas as soldas de acordo com a Seção VIII da ASME; (2) medição do teor de ferrita usando um feritoscópio calibrado (Fischer MP30 ou equivalente) no metal base e na superfície da solda, com faixa aceitável de 30-70 por cento e meta de 45-55 por cento; (3) teste de corante penetrante (PT) de todos os defeitos superficiais de solda; (4) verificação de recozimento da solução através de testes de dureza (alvo 220-280 HB para S31803); (5) para serviço em ambientes contendo cloreto de sulfito, ASTM A923 Método B (teste de corrosão) para confirmar a resistência à precipitação da fase intermetálica.

A JN Alloy fornece chapas, tubos, barras, flanges e acessórios de aço inoxidável duplex certificados S31803 e S32205 para serviços de digestores de celulose e papel em todo o mundo. Todos os materiais são fornecidos com EN 10204 3.1/3.2 MTC, rastreabilidade total e origem de fábricas com certificação ISO 9001-. Contate-nos para obter fichas técnicas, orientações de fabricação e preços diretos da fábrica.

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