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I tubi in acciaio inossidabile duplex (DSS) sono diventati il materiale preferia in setari critici, tra cui petrolio e gas, lavorazione chimica, pasta di legno e carta e desalinizzazione, grazie alla sua resistenza superiore, eccellente tenacità e eccezionale resistenza alla corrosione da stress da cloruro (SCC). Tuttavia, per sfruttare appieno il potenziale del DSS, una fase di produzione non è negoziabile: Solution Annealing.
Dal punto di vista metallurgico professionale, la solubilizzazione non è un processo opzionale; è un requisito obbligatorio per garantire che i tubi DSS soddisfino le specifiche prestazionali progettate e garantiscano affidabilità a lungo termine.
1. Eliminazione degli effetti della lavorazione a freddo e ripristino della microstruttura duplex ideale
La fabbricazione di Tubi duplex in acciaio inossidabile , sia senza saldatura (laminato) che saldato (formato), comporta diversi gradi di lavorazione a freddo o deformazione plastica.
Distorsione del reticolo e stress residuo: la lavorazione a freddo distorce gravemente il reticolo cristallino del materiale e accumula sostanziali stress residui all'interno della microstruttura. Queste sollecitazioni non solo riducono la duttilità e la tenacità del materiale ma, aspetto ancora più critico, agiscono come forza trainante primaria per la tensocorrosione (SCC) quando il tubo viene infine esposto ad ambienti di cloruro. L'obiettivo principale della solubilizzazione è riscaldare il tubo a uno specifico intervallo di temperature elevate, in genere compreso tra 1020 °C e 1100 °C, e mantenerlo per un tempo sufficiente per alleviare completamente queste tensioni residue e difetti reticolari.
Correzione del bilanciamento di fase: i processi di produzione, in particolare la lavorazione a freddo, possono disturbare leggermente l'ideale Bilancio di fase da austenite (γ) a ferrite (α) del DSS. Il riscaldamento ad alta temperatura durante la solubilizzazione consente la ricristallizzazione e la trasformazione di fase, promuovendo la distribuzione uniforme degli elementi leganti (come cromo, molibdeno e azoto). Questo processo ripristina con precisione la composizione della fase al contenuto di austenite richiesto del 40% −60%. Questo accurato bilanciamento di fase è la base per ottenere l'effetto sinergico di elevata robustezza e resistenza alla corrosione superiore.
2. Dissolvenza delle fasi dannose ed eliminazione della suscettibilità alla corrosione
Gli acciai inossidabili duplex sono altamente suscettibili alla precipitazione di varie fasi intermetalliche dannose se mantenuti entro l'intervallo di temperatura di to . Ciò può verificarsi durante le fasi di riscaldamento, mantenimento e raffreddamento della produzione.
L'impatto fatale della fase Sigma: il più noto di questi è il fragile fase (Sigma Phase), che è ricca di cromo e molibdeno. La sua precipitazione porta ad una grave riduzione della tenacità, privando il DSS della sua capacità di resistere agli impatti a bassa temperatura. Ancora più allarmante, la formazione della fase Sigma crea zone impoverite di cromo e molibdeno nella matrice circostante.
Maggiore sensibilità alla corrosione localizzata: il cromo è l'elemento chiave responsabile della formazione del film protettivo passivo sulle superfici in acciaio inossidabile. In queste zone impoverite, la capacità di autoriparazione e la stabilità del film passivo sono drasticamente ridotte. Ciò rende il materiale altamente vulnerabile alla corrosione per vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla corrosione intergranulare.
L'azione detergente della ricottura in soluzione: la ricottura in soluzione richiede il riscaldamento dei tubi al di sopra della temperatura di dissoluzione della fase Sigma. Dopo un tempo di immersione sufficiente, la fase Sigma e tutti gli altri precipitati dannosi (come fase, carbonitruri) vengono completamente ridisciolti nella matrice di austenite e ferrite. Questo processo elimina tutti i potenziali siti di inizio della corrosione, ripristinando completamente la resistenza alla corrosione progettata del tubo.
3. Strategia di raffreddamento rapido: blocco delle prestazioni
L'efficacia della solubilizzazione non dipende solo dai parametri di riscaldamento e mantenimento, ma in modo critico dalla successiva fase di raffreddamento rapido, generalmente ottenuta mediante tempra in acqua.
Prevenire la ri-precipitazione: come notato, è più probabile che le fasi nocive precipitino durante l'esposizione a temperature elevate. Il raffreddamento rapido consente ai tubi di passare rapidamente attraverso l'intervallo di temperatura critico to . Questa operazione ha lo scopo di sopprimere la riprecipitazione delle fasi dannose, "bloccando" efficacemente gli elementi di lega nella soluzione solida e garantendo il mantenimento della massima tenacità e resistenza alla corrosione.
Focus sulle tendenze del settore: Spinto dalle crescenti esigenze di sicurezza e di durata di esercizio prolungata, l'uso di acciaio inossidabile Super Duplex (SDSS) e di qualità Super Duplex ad alto contenuto di azoto è in crescita. Questi gradi (ad esempio 2507, 2707) hanno contenuti di cromo e molibdeno più elevati, il che li rende più inclini alla precipitazione di fasi dannose e richiedono una cinetica di precipitazione più rapida. Questa tendenza richiede un controllo sempre più rigoroso sul processo di solubilizzazione, in particolare sulla precisione della temperatura e sulla velocità di raffreddamento, rendendolo un ostacolo tecnologico fondamentale per garantire la qualità del prodotto.
4. La fase cruciale della riparazione dopo la saldatura
La saldatura rappresenta un'altra sfida significativa per le prestazioni dei tubi DSS, influenzando drasticamente la microstruttura del metallo saldato e la zona interessata dal calore (HAZ).
Problemi relativi alla zona HAZ: la velocità di raffreddamento nella zona HAZ durante la saldatura è spesso insufficiente per soddisfare i requisiti di una ricottura di soluzione ideale, portando potenzialmente a una formazione insufficiente di austenite o a una precipitazione localizzata di fasi dannose. Sebbene eseguire il trattamento termico post-saldatura (PWHT) su tubazioni installate di grandi dimensioni sia spesso poco pratico, la fase iniziale di solubilizzazione durante la fase di produzione (applicata alla piastra/billetta grezza o al tubo saldato finale) è assolutamente essenziale. Garantisce che il tubo lasci la fabbrica con una struttura metallurgica uniforme, stabile e priva di difetti.
Standard globali e conformità: gli standard internazionali come ASTM A790 (per tubi senza saldatura) e ASTM A928 (per tubi saldati) impongono esplicitamente la ricottura e la tempra in acqua per i tubi DSS. Si tratta di una soglia tecnica obbligatoria per l'ingresso nel mercato del prodotto, che incide direttamente sull'approvazione della sicurezza e sulla durata operativa a lungo termine dei progetti industriali.
