Produzione di acciai resistenti all'HIC
Le cricche indotte dall'idrogeno (HIC) rappresentano una sfida comune, soprattutto nel settore petrolifero e delle raffinerie, dove la purezza e la qualità complessiva dell'acciaio sono di fondamentale importanza.
Il processo di produzione degli acciai resistenti all'HIC comprende tecniche di desolforazione critiche, tra cui l'iniezione di magnesio e l'agitazione mediante iniezione di argon dal basso.
La produzione di acciaio pulito si basa su tecnologie per il controllo e/o la rimozione delle inclusioni nell'acciaio. Spesso, la tipologia e le caratteristiche delle inclusioni non metalliche nell'acciaio hanno un'influenza significativa sulle proprietà meccaniche dell'acciaio e ne determinano anche la purezza. Un'analisi precisa di queste caratteristiche è quindi necessaria per ottimizzare il processo di produzione dell'acciaio e produrre acciai di qualità.
Le cricche indotte da idrogeno (HIC) e le cricche da stress da solfuro (SSC) rappresentano due tipologie specifiche di danno provocato dall'idrogeno, frequentemente riscontrate nell'industria petrolifera e delle raffinerie. Nel primo caso (HIC), è generalmente riconosciuto che la resistenza degli acciai dipende principalmente dalle loro caratteristiche microstrutturali: inclusioni non metalliche e bande di segregazione.
I solfuri di manganese allungati sono considerati i siti di innesco più pericolosi. Nel secondo caso (SSC), si ritiene che la resistenza degli acciai possa essere correlata preferenzialmente al loro livello di resistenza, mentre le caratteristiche microstrutturali sono meno importanti. Il presente articolo è dedicato allo studio di HIC e SSC negli acciai al carbonio-manganese, che differiscono per il trattamento termico (microstruttura, livello di proprietà meccaniche) e per la loro pulizia.
L'inclusione di MnS è l'iniziatore più dannoso per l'HIC, pertanto, come misura di base, è necessario ridurre il contenuto di zolfo negli acciai utilizzati in ambienti acidi. Grazie ai progressi nel processo di produzione dell'acciaio, il contenuto di zolfo può essere ridotto a un livello piuttosto basso: inferiore allo 0,0008% in peso (8 ppm).
Il trattamento con Ca viene solitamente applicato per prevenire la formazione di MnS allungato e per controllare l'inclusione di solfuri in una forma sferica, e per verificare se il contenuto di Ca è adeguato per la resistenza alle cricche. Se il contenuto di Ca è relativamente elevato rispetto al contenuto di S, l'eccesso di Ca può formare ossidi che possono agire come iniziatori dell'HIC. Sono stati introdotti diversi parametri che rappresentano il contenuto di Ca efficace, e il contenuto di Ca deve essere attentamente controllato in un intervallo ristretto; ad esempio, 3
Tabella 1: Requisiti di composizione chimica per tubi in acciaio ad alta resistenza, [ppm]
La Figura 1 mostra il percorso per la produzione di acciaio resistente all'HIC. Prima del processo BOF, il metallo fuso viene desolforato presso la stazione di desolforazione mediante iniezione di magnesio e CaO. Nel BOF, devono essere caricati solo rottami a basso contenuto di zolfo. L'alluminio per la deossidazione e gli agenti formanti scoria vengono aggiunti durante la spillatura. In questa fase viene anche elaborata la lega principale.
La siviera viene quindi trasportata alla stazione di gorgogliamento, dove viene insufflato argon tramite una lancia superiore per miscelare metallo e scoria ai fini della desolforazione. Successivamente, la siviera viene trasferita per il trattamento sotto vuoto. L'acciaio viene agitato mediante iniezione di argon dal fondo per garantire una desolforazione e un degasaggio profondi.