Selección de materiales para recipientes a presión bajo corrosión por estrés por hidrógeno sulfuroso

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I. Definición de un entorno de corrosión por sulfuro de hidrógeno en estado húmedo. La norma MR 0103—2005 de la Asociación de Ingenieros en Corrosión de los Estados Unidos (NAcE), titulada “Materiales resistentes a la grieta por estrés inducida por sulfuro en entornos de refinación de petróleo”, define este tipo de entorno de la siguiente manera: Se considera un entorno de corrosión por H2S en estado húmedo cuando el medio con el que entran en contacto los recipientes contiene agua libre en fase líquida, y se cumplen una de las siguientes condiciones: (1) La concentración de H2S disuelto en el agua libre es superior a 50 mg/L； (2) El valor de pH del agua libre es menor que 4.0, y contiene H2S disuelto ； (3) El pH del agua libre es mayor que 7,6; además, el agua contiene 20 ppm de cianuro de hidrógeno (HCN) disuelto, así como algo de H2S disuelto. (4) La presión parcial de H2S en la fase gaseosa (presión absoluta) es superior a 0,3 kPa. Clasificación de los ambientes de corrosión por H2S en estado húmedo: Según el mecanismo de corrosión, los ambientes de corrosión por H2S en estado húmedo se pueden dividir en categoría I y categoría II. Entorno de corrosión por H2S húmedo de tipo II (HB, HIC y SOHIC): Se denomina entorno de corrosión por H2S húmedo de tipo II aquel en el que la temperatura de operación del recipiente está entre 20 °C y 150 °C, y se cumple alguna de las siguientes condiciones: (1) Alta actividad del hidrógeno generada por la corrosión acuosa ； (2) La concentración de H2S en el agua es superior a 2000 mg/L, y el valor de pH es mayor que 7.6 ； (3) La concentración de H2S en el agua es superior a 50 mg/L, y el valor de pH es inferior a 4.0 ； (4) El pH del agua libre es mayor que 7,6; además, el contenido de HCN o cianuro en el agua es superior a 20 mg/L, y está presente H2S disuelto en ella. Entorno de corrosión por H2S húmedo de tipo I (SSC): Un entorno de corrosión por H2S húmedo que no cumple con los requisitos del tipo II se denomina entorno de corrosión por H2S húmedo de tipo I. II. Principios generales para la selección de materiales: La selección y evaluación de los materiales utilizados en los equipos diseñados según las normas de diseño elástico puede realizarse a partir de aquellos materiales que ya han sido evaluados como adecuados según las normas ISO 15156-2 (GB/T20972.2) e ISO 15156-3 (GB/T20972.3), o bien según la norma NACE MR0175-2003. Estas normas establecen las condiciones ambientales necesarias para evitar la corrosión por estrés; solo cuando se cumplen estas condiciones se puede seleccionar un material de acuerdo con los requisitos de las normas correspondientes ； Si no se cumplen estas condiciones, es necesario realizar los ensayos HIC y SSC para satisfacer los requisitos de las normas correspondientes. III. Condiciones para que los materiales de acero al carbono, acero de baja aleación y hierro fundido estén exentos de las pruebas SSC e HIC.
1. Los materiales deben entregarse en uno de los siguientes estados: laminado en caliente (solo para acero al carbono), recocido, normalizado, normalizado + revenido, normalizado, austenización, templado + revenido; o austenización, templado + revenido.
2. La dureza del material no debe superar los 22 HRC, y su contenido de níquel debe ser inferior al 1,0% ； S ≤ 0,003%, P ≤ 0,010%. 3. La resistencia a la flexión del material debe ser inferior a 355 MPa. 4. La resistencia a la tracción del material debe ser inferior a 630 MPa. 5. Límites para el equivalente de carbono: Acero al carbono y acero al carbono-manganeso: CE ≤ 0,43; CE = C + Mn/6. Aceros de baja aleación: CE ≤ 0,45; CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. 6. Cuando el espesor sea mayor a 12 mm, se debe realizar inspección por ultrasonidos en cada pieza. 7. La dureza de las zonas de soldadura y de afectación térmica no debe superar los 22 HRC. 8. No se permite marcar las piezas con sellos o marcaciones duras. 9. Es necesario realizar un tratamiento térmico para eliminar las tensiones residuales después de la soldadura. IV. Condiciones para que los aceros inoxidables austeníticos estén exentos de pruebas SSC e HIC: 1. Límites en la composición química. 2. Se debe realizar un recocido seguido de un enfriamiento rápido, o bien un tratamiento térmico de estabilización. 3. No se permite mejorar las propiedades mecánicas mediante procesos de mecanizado en frío. 4. La dureza de las materias primas, de las zonas de soldadura y de las zonas de afectación térmica no debe superar los 22 HRC. 5. Limitaciones ambientales. Prueba HIC: Se utiliza generalmente la solución A según NACE ETM0284–2016. Requisito: CLR ≤ 5% ； CTR≤1.5％ ； CSR ≤ 0,5%. Donde: CLR es la relación entre la longitud de fisuración y… ； Relación de espesor al agrietarse del CTR ； La sensibilidad a la grieta en el caso del CSR es mayor que en la prueba SSC, que es la prueba de resistencia al agrietamiento por estrés sulfúrico del material. El método habitual para realizar esta prueba es según NACE TM0177-2016. Los requisitos específicos son los siguientes: se toma un grupo de muestras de las piezas forjadas con el valor más alto de σb o HB en cada lote; además, se toma otro grupo de muestras de las placas de acero para realizar la prueba de resistencia al agrietamiento por estrés sulfúrico. Se considera que una muestra es aceptable si su estrés umbral σth es igual o superior a 247 MPa. En las pruebas de resistencia a la grieta por estrés sulfúrico para las uniones soldadas de tipos A, B y D, se toma un grupo de muestras de las placas utilizadas para la evaluación del proceso de soldadura, con el fin de realizar dichas pruebas. Se considera que las muestras son aptas cuando la tensión umbral σth es ≥ 247 MPa