Corrosione intergranulare nei tubi in Hastelloy C276: perché la sensibilizzazione si verifica durante la saldatura e come evitarla

Corrosione intergranulare nei tubi in Hastelloy C‑276: perché avviene la sensibilizzazione durante la saldatura e come evitarla

L’Hastelloy C‑276 (UNS N10276) è la lega nickel-cromo-molibdeno più utilizzata per ambienti fortemente corrosivi — cloro umido, acido cloridrico, acido solforico e sistemi di desolforazione dei fumi. La sua reputazione di resistenza alla corrosione localizzata (pitting), alla corrosione da fessura e alla corrosione sotto sforzo è ampiamente meritata. Tuttavia esiste una vulnerabilità che gli ingegneri spesso trascurano: corrosione intergranulare (IGC) dopo la saldatura.

A differenza degli acciai inossidabili austenitici (nei quali la sensibilizzazione dovuta alla precipitazione di carburi di cromo è comune), la lega C-276 può subire anch’essa attacco ai bordi dei grani in determinate condizioni — non a causa di carburi di cromo, ma a causa di precipitati ricchi di molibdeno e segregazione ai bordi dei grani . Il problema è sottile ma reale. Un tubo in lega C-276 che salda perfettamente può rompersi entro pochi mesi lungo una stretta fascia adiacente al cordone di saldatura, mentre il resto del tubo rimane intatto.

Questo articolo spiega perché la sensibilizzazione si verifica nella lega Hastelloy C-276 durante la saldatura, come rilevarla e — soprattutto — come prevenirla mediante procedure di saldatura appropriate, scelta del metallo d’apporto e trattamento termico post-saldatura.

Che cos’è la corrosione intergranulare nella lega Hastelloy C-276?

La corrosione intergranulare è un attacco selettivo lungo i bordi dei grani della lega, lasciando pressoché intatti i grani stessi. Nella lega C-276 ciò avviene quando:

• La lega viene riscaldata a un intervallo di temperatura critico (tipicamente 600–1050 °C) – esattamente l’intervallo cui è soggetta la zona termicamente influenzata (HAZ) durante la saldatura.

• Durante questo riscaldamento, fasi secondarie precipitano ai bordi dei grani.

• Queste precipitazioni sono costituite da:

  • Fasi intermetalliche (più comunemente fase mu – Ni₇(Mo,Cr)₆, e fase sigma – FeCrMo)

  • Carburi (M₆C o M₂₃C₆, dove M = Mo, Cr, W)

• La precipitazione impoverisce i bordi dei grani adiacenti di cromo e molibdeno – proprio quegli elementi che conferiscono la resistenza alla corrosione.

• In un ambiente corrosivo (acidi ossidanti, cloruri), la zona impoverita si dissolve in modo preferenziale, causando una scanalatura o una fessura stretta lungo il confine.

Punto chiave: Nell'acciaio inossidabile 316L, la sensibilizzazione è dovuta ai carburi di cromo a circa 550–850 °C. Nell'lega C‑276, l'intervallo pericoloso è più ampio (600–1050 °C) e coinvolge fasi ricche di molibdeno. Ciò rende la C‑276 di più più tollerante rispetto alle leghe 304/316 in molte situazioni di saldatura, ma comunque vulnerabile se il raffreddamento è lento o se il metallo base presenta una microstruttura instabile.

Perché la sensibilizzazione avviene durante la saldatura – Il meccanismo

Durante la saldatura con processo GTAW (TIG) o GMAW (MIG) dell'lega C‑276, la zona termicamente influenzata (HAZ) subisce un ciclo termico:

• Temperatura massima vicino alla linea di fusione: ~1250–1350 °C (superiore alla temperatura di ricottura in soluzione).

• Raffreddamento Rapido da temperatura massima a ~1000 °C – non avviene alcuna precipitazione poiché il raffreddamento è troppo rapido.

• Raffreddamento lento da 1000 °C a 600 °C (naso del diagramma TTT per la C‑276). In questo intervallo, la fase mu (Ni₇(Mo,Cr)₆) può precipitare se la velocità di raffreddamento non è sufficientemente elevata.

La velocità di precipitazione dipende da:

Il risultato: Dopo la saldatura, una stretta banda (tipicamente larga 1–2 mm) adiacente alla linea di fusione del cordone diventa sensibilizzata. In servizio, se il tubo trasporta un fluido corrosivo (ad es. HCl al 10% a 80 °C), l’attacco inizia in questa banda e procede verso l’interno.

Segni visivi e microscopici di corrosione intergranulare (IGC) nell’acciaio C‑276

• Visivo: Dopo la mordenzatura, appare una linea scura a forma di «lama» o una stretta scanalatura parallela al cordone di saldatura, spesso sul diametro interno del tubo. In servizio, le perdite possono manifestarsi come una sottile fessura lungo la zona termicamente alterata (HAZ) della saldatura.

• Microscopico: I bordi di grano mostrano una profonda mordenzatura o fessurazione. L’analisi con microsonda elettronica rivela precipitati ricchi di molibdeno (Mo) ai bordi di grano.

Prova standard per la corrosione intergranulare (IGC) nell’acciaio C‑276: ASTM G28 – Prova con solfato ferrico e acido solforico. Un campione sensibilizzato mostra un’elevata perdita di massa (velocità di corrosione > 5 mm/anno) e fessurazione intergranulare.

Selezione del materiale d’apporto: la prima linea di difesa

Sorprendentemente, il metallo d'apporto utilizzato per la saldatura della lega C‑276 ha un impatto significativo sulla sensibilizzazione della zona termicamente alterata (HAZ) del metallo base. Ecco perché:

• ERNiCrMo‑4 (metallico d'apporto abbinato, norma AWS A5.14) – composizione nominale: Ni 57%, Cr 15,5%, Mo 16%, Fe 5%, W 3,5%. Questo metallo d'apporto presenta un alto contenuto di Mo e W, che possono migrare nella zona termicamente alterata (HAZ) e in effetti riduzione incrementare la tendenza alla precipitazione della fase mu.

• Metalli d'apporto sovrallegati come ERNiCrMo‑10 (tipo C‑22) o ERNiCrMo‑13 (C‑59) offrono una resistenza ancora migliore alla corrosione intergranulare (IGC) nella zona termicamente alterata (HAZ).

Consiglio: Per tubi saldati in lega C‑276 destinati a servizi gravosi (in particolare in presenza di acidi), utilizzare il metallo d'apporto ERNiCrMo‑4, ma assicurarsi che la procedura di saldatura preveda un trattamento termico di ricottura in soluzione post-saldatura se possibile. Se la ricottura non è praticabile, si può prendere in considerazione ERNiCrMo‑10 come alternativa: presenta un contenuto inferiore di molibdeno (13–15% rispetto a 15–17%), ma una maggiore stabilità termica.

Non utilizzare ERNiCr‑3 (Inconel 82) o ERNiFeCr‑2 (lega 800). Non garantiranno un livello di resistenza alla corrosione equivalente e potrebbero causare attacco galvanico.

Come evitare la corrosione intergranulare (IGC) durante la saldatura: passi pratici

1. Controllare l'apporto di calore – basso, ma non troppo basso

Un apporto di calore troppo basso (<0,5 kJ/mm) provoca un raffreddamento rapido che può generare una microstruttura ricca di ferrite (non un problema per l’IGC, ma influisce sulla duttilità). Un apporto di calore troppo elevato (>1,5 kJ/mm) favorisce la precipitazione della fase mu. Mantenere un valore nella fascia intermedia.

2. Utilizzare un gas di protezione arricchito con azoto

l'argon al 100% è comune ma non ottimale per la lega C‑276. Aggiungere 2–5% di azoto al gas di protezione. Azoto:

• Stabilizza la fase austenitica.

• Riduce la forza motrice responsabile della precipitazione della fase mu.

• Migliora la resistenza alla corrosione da pitting del metallo saldato.

Per la protezione del lato opposto (gas di supporto), utilizzare argon puro, senza azoto (per evitare porosità).

3. Limitare la temperatura tra i passaggi – Monitorare con rigore

Non basarsi sul criterio "freddo al tatto". Utilizzare un pirometro a contatto. Dopo ogni passata, lasciare raffreddare il tubo fino a quando la temperatura della zona termicamente influenzata (HAZ) scende al di sotto dei 150 °C. Nei tubi a parete spessa (> 5 mm), potrebbe essere necessario ricorrere a un raffreddamento forzato con aria o attendere diversi minuti tra una passata e l'altra.

4. Ricottura di solubilizzazione dopo la saldatura – Lo standard aureo

L'unico modo per eliminare completamente la sensibilizzazione consiste nell'eseguire una ricottura completa di solubilizzazione dopo la saldatura:

• Riscaldare l'intero tubo o il tratto di tubazione (spool) a una temperatura compresa tra 1120 e 1180 °C.

• Mantenere per un tempo sufficiente (1 ora ogni 25 mm di spessore).

• Raffreddamento rapido (immersione in acqua o aria forzata).

Questo dissolve tutti i precipitati e ripristina una microstruttura uniforme e resistente alla corrosione. Tuttavia, tale trattamento è spesso impraticabile per saldature in opera o per grandi componenti assemblati. Qualora l’annientamento non sia possibile, seguire attentamente i passaggi successivi.

5. Applicare una decapaggio e passivazione post-saldatura

Anche in presenza di precipitati, un adeguato trattamento di decapaggio (miscela di acido nitrico e acido fluoridrico) rimuove lo strato superficiale più impoverito. Ciò non elimina la corrosione intergranulare (IGC) in profondità nella parete, ma ne rimuove i siti di innesco. Per la lega C-276, l’applicazione di una pasta decapante o di un bagno decapante (20% HNO₃ + 5% HF) per 30–60 minuti, seguita da un accurato risciacquo, può estendere significativamente la durata operativa.

6. Utilizzare una qualifica della procedura di saldatura con prove di corrosione

Per qualsiasi saldatura critica su C-276, è necessario qualificare la procedura di saldatura (WPS) mediante il metodo ASTM G28 Metodo A. Il criterio di accettazione è:

• Tasso di corrosione ≤ 0,5 mm/anno (alcuni codici consentono fino a 1,0 mm/anno per servizi non critici).

Se il campione di prova supera questo valore, modificare i parametri di saldatura (ridurre l'apporto di calore, ridurre la temperatura tra i passaggi, aggiungere azoto al gas di protezione) fino a ottenere un esito positivo.

7. Evitare cicli termici multipli

Le saldature di ripristino e i passaggi multipli sulla stessa zona influenzata dal calore (HAZ) sono particolarmente pericolosi. Ogni ciclo termico riscalda nuovamente la zona precedentemente sensibilizzata, peggiorandone spesso le condizioni. Se è necessaria una saldatura di ripristino, rimuovere completamente la vecchia saldatura mediante scalpellatura e utilizzare una nuova procedura qualificata.

Confronto tra C-276 e altre leghe – Perché rimane ancora valida

Alcuni ingegneri ritengono erroneamente che la lega C-276 sia immune alla sensibilizzazione. Non lo è, ma presenta una resistenza molto maggiore rispetto all'acciaio inossidabile 304/316. Confronto:

Per la maggior parte delle saldature di C-276 effettuate con processo TIG (GTAW) e apporto di calore <1,2 kJ/mm, con raffreddamento tra i passaggi, si osserverà nessuna IGC rilevabile secondo la norma ASTM G28. Il problema sorge quando i saldatori trattano il C-276 come se fosse l'acciaio inossidabile 316L – apporto di calore elevato, assenza di raffreddamento tra i passaggi e ripetuti passaggi su materiale già surriscaldato.

Esempio pratico: Tubo assorbitore per il sistema di desolforazione dei fumi (FGD)

Problema: Un insieme di tubi in lega C-276 (2" schedule 40) è stato saldato su un collettore di spruzzo per il sistema di desolforazione dei fumi (FGD). Il saldatore ha utilizzato una protezione al 100% con argon, un apporto termico di circa 2,0 kJ/mm e una temperatura tra i passaggi non controllata (spesso >250 °C). I tubi sono stati installati senza decapaggio. Dopo 8 mesi sono comparse perdite puntiformi esattamente lungo la zona termicamente alterata (HAZ) dei cordoni di saldatura.

Analisi: La prova ASTM G28 su un campione di saldatura ha rivelato una velocità di corrosione di 8 mm/anno (ben al di sopra del limite di 0,5 mm/anno). L’analisi metallografica ha evidenziato la presenza della fase mu ai bordi dei grani nella zona termicamente alterata (HAZ).

Azione correttiva:

• Tutti i cordoni di saldatura rimanenti sono stati rimossi mediante molatura e risaldati utilizzando una procedura di saldatura qualificata (WPS): apporto termico di 0,9 kJ/mm, temperatura tra i passaggi ≤120 °C, protezione con miscela di argon + 2% azoto.

• Dopo la saldatura, ogni zona di saldatura è stata sottoposta a decapaggio con gel acido nitrico-acido fluoridrico.

• I nuovi campioni di prova hanno superato la prova G28 con una velocità di corrosione di 0,3 mm/anno.

Risultato: Il collettore riparato è attualmente in servizio da 4 anni senza ulteriori perdite.

Ispezione e prove dopo la saldatura – Non saltare questo passaggio

Per tubazioni critiche in lega C-276, richiedere le seguenti prove dopo la saldatura:

Riepilogo: Checklist per la prevenzione durante la saldatura di tubi in C‑276

• Procedura di saldatura qualificata con apporto termico compreso tra 0,5 e 1,2 kJ/mm, temperatura tra i passaggi ≤120 °C.

• Gas di Protezione: Ar + 2% N₂ (gas di radice: Ar puro).

• Metals di Apporto: ERNiCrMo‑4 (o ERNiCrMo‑10 per maggiore sicurezza).

• Temperatura tra passate monitorata con pirometro; consentire il raffreddamento o utilizzare aria forzata.

• Passate di saldatura mantenute al minimo (evitare riparazioni multiple).

• Decapaggio post-saldatura con gel o bagno a base di HNO₃/HF.

• Prova di qualifica secondo ASTM G28 – superata con tasso di corrosione ≤0,5 mm/anno.

• Test di Produzione – prova G28 casuale su campioni saldati.

• Documentazione – certificato di analisi del metallo d’apporto, procedura di saldatura qualificata (WPS), rapporto di qualifica della procedura di saldatura (PQR), relazioni G28, registri di identificazione positiva dei materiali (PMI).

Parere Finale

Hastelloy C‑276 è una delle leghe a base di nichel più tolleranti alla saldatura, ma non è immune alla corrosione intergranulare se saldata in modo scorretto. Il punto chiave da comprendere è che la sua sensibilizzazione deriva dalla precipitazione della fase mu ricca di molibdeno nell’intervallo termico 600–1000 °C, e non dalla formazione di carburi di cromo. Controllare l’apporto di calore, gestire attentamente la temperatura tra i passaggi, utilizzare un gas di protezione arricchito con azoto e qualificare sempre la propria WPS secondo la norma ASTM G28. Seguendo queste buone pratiche, le saldature sui tubi in C‑276 garantiranno decenni di servizio resistente agli acidi e ai cloruri, caratteristica per cui questa lega è famosa.