Informazioni sulle prove
La prova crepa corrosione è una verifica di laboratorio condotta su leghe metalliche sensibili a questo fenomeno, in particolare acciai inossidabili austenitici, leghe di nichel, leghe di alluminio e ottavi ad alta resistenza, per valutare la tendenza del materiale a sviluppare microcricche intergranulari o transgranulari in presenza di tensioni residue di trazione e ambienti aggressivi. La prova crepa corrosione viene applicata nei settori chimico, petrolchimico, navale, aerospaziale, nucleare, alimentare e nelle costruzioni, dove componenti saldati, tubazioni, scambiatori di calore, serbatoi a pressione e strutture portanti operano a contatto con cloruri, soluzioni acide, ambienti umidi contenenti idrogeno solforato o vapori condensanti. La corrosione sotto tensione e la corrosione assistita dall'idrogeno rappresentano i meccanismi predominanti, e il loro rilevamento precoce consente di prevenire rotture improvvise di componenti in esercizio.
Lo scopo della prova è duplice: da un lato caratterizzare la suscettibilità intrinseca del materiale o del giunto saldato al cracking in ambiente specifico, dall'altro qualificare trattamenti termici, processi di saldatura, livelli di deformazione a freddo e finiture superficiali in relazione alla resistenza alla formazione di cricche. Le tecniche coinvolte comprendono l'immersione statica in soluzioni standardizzate a temperatura controllata, l'esposizione in camera nebbia salina con umidità elevata, la prova a carico costante o a deformazione imposta a velocità di strazio ridotte, il test a doppia U piegata e il test a C-ring con bullone di carico. Durante l'esposizione si monitorano il potenziale elettrochimico a circuito aperto, la temperatura della soluzione, il pH, la concentrazione degli ioni aggressivi e il tempo di incubazione delle cricche. L'esame al termine comprende osservazione visuale, microscopia ottica ed elettronica a scansione con spettroscopia a dispersione di energia, misure di profondità delle cricche e analisi metallografica delle sezioni trasversali per distinguere percorsi intergranulari, transgranulari e misti.
Il processo tipico inizia con la preparazione dei provini secondo geometrie definite: piastre piegate a U, anelli a C con vite di sollecitazione, provini a trazione a carico costante e provini saldati con giunto reale. I campioni vengono sgrassati, pesati, fotografati e caricati al livello di tensione previsto, generalmente compreso tra il 50% e il dello snervamento del materiale. Segue l'esposizione in soluzione, ad esempio cloruro di magnesio in ebollizione a circa 155 gradi Celsius per gli acciai inossidabili austenitici, cloruro di sodio al 3,5% per leghe di alluminio, o ambiente satura di H2S secondo procedure per materiali destinati a servizio acido. I parametri di controllo includono durata dell'esposizione, temperatura della soluzione, concentrazione degli ioni cloruro, livello di carico applicato, intervallo di ispezione intermedio e criterio di rottura o di comparsa della prima cricca. Al termine si procede con l'apertura dei provini, la misura delle cricche, l'analisi delle sezioni metallografiche e la stesura del rapporto di prova con la classificazione della suscettibilità.
La corrosione sotto tensione da cloruri colpisce in modo particolare gli acciai inossidabili tipo AISI 304 e AISI 316 con contenuto di nichel intermedio, mentre i gradi superaustenitici con molibdeno e azoto, come 904L, AL-6XN e 254 SMO, mostrano tempi di incubazione notevolmente più lunghi. Le leghe di alluminio della serie 2000, 5000 e 7000, con magnesium al 3% o con rame e zinco, sviluppano cricche di corrosione sotto tensione in ambienti marini, e la prova su queste leghe richiede spesso esposizioni a umidità alternata in camera climatica. La selezione del metodo dipende dal materiale, dal servizio previsto e dai requisiti contrattuali, e il laboratorio concorda con il committente la geometria del provino, la soluzione aggressiva e i criteri di accettazione prima dell'inizio della prova.
Strumenti di prova
- Cella di esposizione in vetro borosilicato con refrigerante a ricadere per prove in cloruro di magnesio in ebollizione a temperatura controllata.
- Bagno termostatico con circolazione per mantenere soluzioni aggressive a temperatura costante tra 30 e 160 gradi Celsius.
- Camera nebbia salina con controllo di temperatura a 35 gradi e raccolta del condensato per esposizioni prolungate secondo cicli definiti.
- Camera climatica a umidità alternata con controllo di temperatura tra 20 e 60 gradi e umidità relativa fino al.
- Morsetti e dispositivi di carico a doppia U e a C-ring con bullone calibrato e chiave dinamometrica per l'applicazione del livello di tensione previsto.
- Macchina per prove a trazione a carico costante con cella di pesatura e registrazione del tempo a rottura.
- Macchina elettromeccanica con crogiolo per prove a velocità di strazio ridotte in ambiente controllato.
- Potenziostrato e zero-resistance amperometro per il monitoraggio del potenziale a circuito aperto durante l'esposizione.
- Microscopio ottico a riflessione con illuminazione a campo chiaro e scuro per l'ispezione delle superfici esposte a intervalli prefissati.
- Stereomicroscopio con camera digitale per la documentazione fotografica delle cricche e la misurazione della loro lunghezza.
- Microscopio elettronico a scansione con spettrometro a dispersione di energia per la frattografia e l'analisi dei prodotti di corrosione.
- Durometro Vickers a basso carico con piattaforma di posizionamento per misure di microdurezza nella zona termicamente alterata.
- Luce fotometrica e bilancia analitica con risoluzione al decimillesimo di grammo per la determinazione della perdita di massa.
- Diffrattometro a raggi X per tensioni residue e per la quantificazione delle fasi strutturali presenti nel materiale.
- Apparecchiatura per misura delle tensioni residue con metodo del foro cieco e estensimetri a rosetta.
- Pompetta titolatrice e fotometro a fiamma per il controllo analitico della concentrazione di cloruri nella soluzione di prova.
- Tagliatrice metallografica a raffreddamento e lucidatrice con dischi di carburo di silicio e sospensioni di allumina per la preparazione delle sezioni.
- Incubatore per prove microbiologiche accessorie e verifiche di corrosione indotta da microrganismi associate al cracking.
- Spettrometro a emissione ottica per la verifica della composizione chimica dei provini prima dell'esposizione.
- Attrezzatura per prova elettrochimica di riattivazione al doppio ciclo per la misura del grado di sensibilizzazione.
Domande frequenti
Qual è il tempo di consegna per una prova crepa corrosione?
Il tempo di lavorazione standard è di 7-15 giorni lavorativi a partire dalla ricezione dei campioni. Le prove in cloruro di magnesio in ebollizione su provini a doppia U richiedono generalmente 7-10 giorni lavorativi di esposizione più il tempo per l'analisi metallografica, mentre esposizioni prolungate in camera nebbia salina o prove a carico costante di durata a 720 ore estendono il tempo complessivo a 20-30 giorni lavorativi. Il laboratorio comunica la durata prevista al momento della conferma dell'ordine di prova.
Quanto costa una prova crepa corrosione?
Il costo dipende dal numero di prove richieste, dal tipo di materiale, dalla geometria del provino e dalla durata dell'esposizione. Una prova singola in cloruro di magnesio su provino a doppia U ha un costo inferiore rispetto a una campagna completa con prove a carico costante a più livelli di tensione, monitoraggio elettrochimico e frattografia al microscopio elettronico. L'offerta dettagliata viene predisposta dagli incaricati di laboratorio dopo la ricezione della scheda tecnica del materiale e dell'elenco delle prove richieste.
Quali prove sono incluse nel servizio di prova crepa corrosione?
L'insieme delle prove dipende dal tipo di prodotto e dai requisiti applicabili. Per gli acciai inossidabili austenitici comprende tipicamente la prova in cloruro di magnesio in ebollizione, la prova a doppia U, la misura del grado di sensibilizzazione e l'analisi metallografica delle sezioni. Per le leghe di alluminio si eseguono esposizioni a umidità alternata in camera climatica su provini a C-ring precaricati. Per gli acciai destinati a servizio acido si aggiungono prove in ambiente satura di idrogeno solforato e verifiche di durezza sulla zona saldata. Il piano di prova viene concordato con il committente prima dell'avvio.
Quanto campione occorre preparare per la prova crepa corrosione?
Occorre generalmente una quantità di materiale sufficiente a ricavare tra 3 e 6 provini per condizione di prova, corrispondente a circa 100-500 grammi di metallo o a un pannello di lamiera di 150 per 150 millimetri con spessore non inferiore a 1 millimetro. Per i provini a doppia U servono due strisce di 100 per 20 millimetri ciascuna per condizione; per gli anelli a C occorono segmenti di tubo o barretta di lunghezza 30-50 millimetri. Se il materiale è un componente reale, il laboratorio fornisce istruzioni per il prelievo che includono la zona saldata, la zona termicamente alterata e il metallo base a distanza dal giunto.
prova crepa corrosione Elementi di prova
- Tempo di incubazione della cricca: indica il periodo di esposizione prima della comparsa della prima microcricca visibile e costituisce il parametro principale per classificare la suscettibilità del materiale.
- Profondità massima delle cricche: misurata su sezione metallografica trasversale, quantifica l'entità della propagazione nel spessore del componente.
- Densità delle cricche per unità di superficie: distingue tra attacco localizzato e fenomeno diffuso sulla superficie esposta.
- Percorso di propagazione: l'analisi al microscopio distingue cricche intergranulari, tipiche della sensibilizzazione, da cricche transgranulari a ramificazione, tipiche dei cloruri sugli austenitici.
- Tensione di soglia applicata: il carico a doppia U o C-ring viene rapportato allo snervamento per individuare il livello al di sotto del quale non si innesca il cracking.
- Perdita di massa per unità di area: la differenza di peso prima e dopo l'esposizione quantifica la corrosione generale associata al fenomeno di criccaggio.
- Variazione del potenziale a circuito aperto: il monitoraggio elettrochimico durante l'esposizione segnala la rottura del film passivo che precede l'innesco della cricca.
- Variazione di pH della soluzione: lo spostamento del pH durante la prova indica i processi di idrolisi all'interno della cricca che accelerano la propagazione.
- Concentrazione di ioni cloruro: la verifica analitica della soluzione prima e dopo l'esposizione conferma la severità costante dell'ambiente aggressivo.
- Temperatura di esercizio della soluzione: mantenuta a ebollizione del cloruro di magnesio o al valore contrattuale, condiziona la cinetica di innesco e propagazione.
- Microdurezza nella zona termicamente alterata: misurata su scala Vickers a basso carico, correla l'indurimento locale con la sensibilità al cracking negli acciai saldati.
- Grado di sensibilizzazione: valutato con prova elettrochimica di riattivazione al doppio ciclo, indica la precipitazione di carburi di cromo ai bordo grano che predispone al percorso intergranulare.
- Dimensione media del grano cristallino: la misura metallografica correla la dimensione del grano con la velocità di propagazione delle cricche intergranulari.
- Contenuto di fase sigma e di altre fasi intermetalliche: la quantificazione al microscopio ottico dopo attacco elettrolitico segnala l'embrittamento che favorisce il cracking.
- Residuo di tensioni di trazione superficiale: misurato con il metodo del foro cieco o con diffrazione a raggi X, quantifica le tensioni che guidano il fenomeno.
- Tempo a rottura sotto carico costante: per provini a trazione caricati in soluzione, fornisce il dato di durata usato per confrontare materiali e trattamenti.
- Percentuale di riduzione di area a rottura: la frattografia evidenzia aree di cricca da ambiente e aree di rottura duttile finale, la cui estensione relativa quantifica la gravità.
- Morfologia della superficie di frattura: l'osservazione al microscopio elettronico a scansione distingue faccette intergranulari, clivaggio quasi-transgranulare e segni di striazioni di propagazione.
- Composizione dei prodotti di corrosione: l'analisi con spettroscopia a dispersione di energia identifica ossidi, cloruri e solfuri che confermano il meccanismo elettrochimico attivo.
- Conformità dei rivestimenti protettivi: la verifica di continuità e aderenza del rivestimento dopo l'esposizione valuta la barriera contro l'ambiente aggressivo.
Scenari di applicazione
Nell'industria chimica e petrolchimica gli scambiatori di calore a fascio tubiero in acciaio inossidabile 316L operano a contatto con acque di raffreddamento ricche di cloruri a temperature superiori a 50 gradi, condizione in cui la corrosione sotto tensione da cloruri rappresenta il meccanismo di degrado più frequente. La prova crepa corrosione su provini prelevati da tubi e piastre tubiere consente di verificare l'idoneità del materiale al servizio, di confrontare gradi alternativi come il duplex 2205 o il superaustenitico 904L e di valutare l'effetto di cicli termici di stabilizzazione eseguiti dopo la saldatura per ridurre la sensibilizzazione dei bordi grano.
Nel settore navale e offshore le strutture in lega di alluminio-magnesio 5083 e i giunti saldati con filo 5356 sono esposti a spruzzi di acqua di mare e a umidità elevata, con formazione della fase beta Al3Mg2 ai bordi grano che predispone al cracking intergranulare. Le prove con anelli a C precaricati in camera a umidità alternata simulano decine di anni di servizio in ambiente marino e permettono di selezionare lo stato metallurgico di fornitura, il livello di deformazione a freddo ammesso e i trattamenti di stabilizzazione necessari a mantenere l'integrità strutturale di ponti, sovrastrutture e serbatoi di carico.
Nelle costruzioni e nell'edilizia le componenti in acciaio inossidabile come tiranti, ancoraggi, parapetti e rivestimenti facciata operano in ambienti urbani, costieri o trattati con sali disgelo, dove i cloruri depositati insieme alle tensioni di trazione generate da piegatura e laminazione possono innescare cricche di corrosione sotto tensione. La prova su provini piegati a U o su componenti reali in esposizione a nebbia salina fornisce il dato di durata utile per la scelta tra gradi 304, 316 e duplex in funzione della classe di corrosività dell'atmosfera del sito di installazione.
Nel settore energetico, sia termico che nucleare, i componenti in leghe di nichel come vapore generatori, tubazioni e sistemi di ricarica operano in ambienti con idrogeno solforato, cloruri e alte temperature, e la prova crepa corrosione a carico costante in ambiente simulato supporta la selezione dei materiali per prolungare gli intervalli di ispezione. Analogamente, nell'industria aerospaziale le leghe 7075 e 2024 subiscono prove a velocità di strazio ridotte in soluzione di cloruro di sodio per verificare l'effetto dei trattamenti termici T73 e T76 sulla sensibilità al cracking straziante ambientale di longheroni e pannelli strutturali.
Ambito di prova
- Acciai inossidabili austenitici AISI 304 e 304L sotto forma di lamiere, tubi e filati per verifica della sensibilità ai cloruri.
- Acciai inossidabili AISI 316, 316L e 316Ti con molibdeno per prove in cloruro di magnesio in ebollizione.
- Acciai inossidabili stabilizzati 321 e 347 per valutare l'effetto della sensibilizzazione sul percorso di cricca.
- Acciai superaustenitici 904L, AL-6XN e 254 SMO per ambienti con elevate concentrazioni di cloruri.
- Acciai duplex 2205 e superduplex 2507 per prove in soluzione di cloruro di magnesio e in ambiente acido.
- Acciai inossidabili ferritici tipo 430 e 444 per applicazioni in elettrodomestici e componenti automobilistici.
- Acciai inossidabili martensitici 420 e 431 per componenti di valvole e alberi in ambiente marino.
- Acciai inossidabili induriti per precipitazione 17-4 PH e 15-5 PH per settori aerospaziale e petrolifero.
- Leghe di nichel Inconel 600, 625 e 690 per ambienti ad alta temperatura con cloruri e alcali.
- Leghe di nichel Incoloy 800 e 825 per apparecchiature chimiche e processi con solfuri.
- Leghe nichel-molibdeno Hastelloy B-3 e C-276 per ambienti acidi riducenti e ossidanti.
- Monel 400 e K-500 per componenti a contatto con acqua di mare e acidi fluoridrici.
- Leghe di alluminio 2024 e 2014 con rame per strutture aerospaziali in ambiente marino.
- Leghe di alluminio 5083 e 5086 ad alto magnesium per carpenteria navale e serbatoi criogenici.
- Leghe di alluminio 7075 e 7050 a elevata resistenza per longheroni e strutture a guscio.
- Leghe di alluminio saldate con filo 5356 e 4043 per verifica della zona termicamente alterata.
- Leghe di rame-berillio e ottone alpha-beta per componenti meccanici a contatto con ammoniaca.
- Acciai al carbonio e microlegati per servizio acido con H2S secondo criteri di indurimento controllato.
- Acciai da bulloneria ad alta resistenza classe 10.9 e 12.10 per prova di criccaggio da idrogeno.
- Giunti saldati TIG, MIG e a elettrodo su acciaio inossidabile per valutare la sensibilità della zona fusa.
- Componenti deformatori a freddo come tubi piegati, stampati e imbutiti con tensioni residue elevate.
- Serbatoi a pressione, scambiatori di calore a piastre e tubiera per prove su provini prelevati dal componente reale.
- Laminati piani e coil con finitura 2B, BA, sabbiata o elettrolucidata per confronto dell'effetto superficie.
- Barre, forgiati e getti in acciaio inossidabile per verifiche su sezioni di diversa orientazione.
- Filati e fili per molle in acciaio inossidabile 302 e 316 per prove a carico costante in ambiente umido.
- Materiali con rivestimenti metallici come zincatura, nichelatura e cromatura per valutare il cracking del rivestimento e del substrato.
Riepilogo
La prova crepa corrosione comprende l'esposizione di provini in leghe metalliche a soluzioni aggressive e a tensioni controllate, l'analisi metallografica e frattografica delle cricche e la valutazione della suscettibilità del materiale in relazione al servizio previsto. Il servizio copre acciai inossidabili austenitici, duplex, ferritici e martensitici, leghe di nichel, leghe di alluminio, acciai per servizio acido, giunti saldati e componenti deformatori a freddo. Il tempo di consegna standard è di 7-15 giorni lavorativi, con estensioni per esposizioni prolungate concordate in fase di offerta.