aço inox - aplicações em alta temperatura

Sandvik Materials Technology


Aplicações Alta Temperatura

500ºC+


Ligas Alta Temperatura

Ligas Padrões Alta TemperaturaSANDVIK ASTM TP4C54 446-17RE10 310S / 310H8RE18 309S / 309H6R35 / 8R30 321H8R40 347H253MA -353MA -


Ligas Alta Temperatura

Ligas a base de Níquel

SANDVIK ASTM TPSanicro 30 Alloy 800Sanicro 31HT Alloy 800HTSanicro 41 Alloy 825Sanicro 69 Alloy 690Sanicro 70 Alloy 600


Composição Química e Normas


High Temperature Products


Microestrutura Austenítica Microestrutura Duplex

Microestrutura

Microestrutura Ferrítica


Microestrutura Ferrítica


Microestrutura Austenítica


Seleção de materiais para altas temperaturas

• Resistência à corrosão

• Resistência mecânica

• Estabilidade estrutural

• Aplicações


Oxidação

Aço C

Aço ao cromo

Aço ao cromo e silício

óxido não protetor

Cr2O3

Cr2O3

SiO2

Al2O3


High Temperature Corrosionof Stainless Steels

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Aqueous CorrosionMolten AlkalaiOxidationSulphur

Temperature C

<< Corrosion R

ate


Corrosion Resistance

Base Metal

Oxygen O2

Carbon C, CO, CO2

Nitrogen N, N2, NH4

Sulphur S, SO

Molten Salts Na, K, V

Chlorine Cl2

Diffusion >4000C


Corrosion Resistance

Cr2O3 Oxides

Cr23C6 Carbides

CrN2 Nitrides

Ni2S Sulphides

Slags

Chlorine Compounds

Oxygen O2

Carbon C, CO, CO2

Nitrogen N, N2, NH4

Sulphur S, H2S, SO2

Molten Salts Na, K, V

Chlorine Cl2

Diffusion >4000C


Resistência á Corrosão

Metal Base

Óxido Protetor Cr2O3

Oxigênio O2

Cromo Cr


Metais Terras Raras

Metal Base

Óxido Protetor Cr2O3, SiO2

Oxigênio O2

Cromo Cr + Si + RE

253MA, 353MA

+ Alto Silicio e MetaisTerras Raras

Metais Terras Raras (Cerium,Lanthanum etc.)


Oxidação

1. AISI 309

2. AISI 446

3. AISI 310

4. 253MA

5. Alloy 800HT

5 x 24h


Oxidation


Sulphidation Resistance

Protective Oxide Cr2O3

Sulphur SSulphur Dioxide, SO2

Hydrogen Sulphide H2S

Nickel Sulphides Ni2 SMelt at 6500C

Base Metal


Ataque por gases contendo S

H2SSO2

+ ↑ Cr, Mn , Al , Si

- ↓ Ni


Sulfitação

Air-preheater tube in Inconel 600 from a mineral-wool plant. The failure was due to severesulphidation.

Glass recuperator tubes in 4C54 show no attack in spite of heavy Na2SO4 deposit.


Nitriding Resistance

Protective Oxide Cr2O3

Nitrogen, N2

Cracked Ammonia NH4

Chromium Nitrides Cr N2

Brittle and Reduced Oxidation Resisitance

Base Metal


Nitretação

Nitretação do TP310 após 400h exposto a nitrogênio(gás) contendo 240 ppm de oxigênio , T = 1000°C

Tubo mufla TP310, usado em forno de recozimento brilhante, durante 4 meses.

Atmosfera: amônia craqueada

T= 1000°C


Nitretação

353MA - Muffle tube

Sandvik Wire Mill Brazil

approx. 3 years in service


Resistência á Carbonetação

Metal Base


CarbonoMonóxido de Carbono CODióxido de Carbono CO2

Carbeto de Cromo Cr23 C6


Carburização

“Metal dusting” = catastrofica carburização ocorre a 470–850°CA trinca ou “dusts” no metal se dá devido á excessiva formação de carbonetos.

CO,CH2 ⇒ C ⇒ Cr carbono

FragilizaçãoDiminuição da Resistência á

Corrosão


Carbonetação

Carbonetação em aço TP310, após 18 meses, T = 1100 °C, usado em forno de etileno

Falha em tubo mufla TP310devido à carbonetação pela atmosfera interna


Carbonetação

Carbonetação a 0,5 mm da superfície, após 500 horas de testeem diferentes temperaturas em 10%CH4 + 90%Ar + 0,5%O2


Chlorine Attack


Chlorine Gas, Cl2Hydrogen Chloride HClMolten Salts, NaCl

Chlorine Attack of Protective Oxide

Metal Base


Molten Salt and Alkalaii Attack


Chlorine Gas, Cl2Hydrogen Chloride HClMolten Salts, NaCl

Chlorine Attack of Protective Oxide

Metal Base


Resitência à ruptura por fluênciaRkm/100 000 h para alguns aços inoxidáveis e ligas à base de níquel Sandvik


Propriedades de Resistência a Corrosão


Máxima temperatura de trabalho


Estabilidade Estrutural

Temp ºC 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1175

Qualidade

Sanicro 31HT* γ’

253 MA σ phase

353 MA σ phase

309S σ phase

310S σ phase

4C54 475 ºC-embrittlement σ phase

Dentro da faixa de precipitação das diferentes fases a cor azul escura indica precipitação mais intensa.

1% de fase σ precipita-se a 800°C para o 353 MA após 7000 h, para o 253 MA após 2000 h, e para o 310 e 309 após <200 h.

1% de fase σ precipita-se no 4C54 a 650°C após <200h.

* Sanicro 31HT modificado é usado em temperaturas entre 550-700°C para eliminar o risco de precipitação de γ ’.


Curvas TTT para σ


Fase σ (sigma)

Períodos longos + temperaturas altas

Fragilização à temperatura ambiente (paradas)

Manutenção dificultada

Fase σ


Aplicações Alta Temperatura


Recuperator Tubes

Radiant RecuperatorRadiant Recuperator

Preheats combustion airGlass Manufacturing PlantsMineral Wool PlantsFossil fuelled pit furnaces in rolling and forging mills

900 - 1150ºC900 - 1150ºC


Recuperator Tubes

Preheats combustion airAll types of fossil fuelled heating furnaces

Preheats process gas and natural gas

Iron Ore Direct Reduction Plants

Preheats process airCarbon Black PlantsBlast furnaceShaft furnaceConvection RecuperatorConvection Recuperator

500 - 1000ºC500 - 1000ºC


Steel Manufacturing Recuperators 1

Various types of recuperatorsRadiationConvectionChannel type

Fluegas from oil / gas burning800 - 1100 C

Air is heated inside of tubesRoom temp to 600 - 800 C

Fuel savings up to 40%

Channel Type Recuperator (KTE)

Convection -Flue Type Recuperator (KTE)


Steel Manufacturing Recuperators 3Materiais Tubulares requisitados

Lado casco: Várias requisitações dependendo do tipo de laminadorLado tubo: Resistência á Oxidação ao ar á Alta Temperatura

Ligas UsadasSandvik 253MA é frequentemente usadaSandvik 4C54

• Para aços laminados usando combustíveis com alta impureza (S, V, Na, K)


Sandvik Recuperator Experience

Glass industry 4C54, 253MASteel industry 4C54, 253MA, 353MACarbon black 4C54, 253MADirect reduction iron ore, 253MA, 6R35 (TP321H)Midrex process Sanicro31HT (Alloy800HT)Sewage sludge 253MAincinerationChemical waste incineration 253MA Sulphuric acid plants 253MA


Lanças de Injeção de Finos


Lanças de Injeção de Finos

Usiminas 253MACOSIPA 253MAGerdau Aço Minas 253MABelgo Mineira (João Molevade) Alloy 800, 253MAV&M 253MACSN 310, 253MACST 310


Muffle Tubes


Muffle Tubes

What are Muffle tubes used for ?

Intermediate annealing• Recrystallize (soften) wire to make further drawing to final size possible

Final annealing• Give wire final mechanical properties & surface appearance


SAN31HT and 353MA- muffle tubes used to braze Bundy Tubes:- a single strip of copper coated steel, wound round twice to create a double wall tube, capable of withstanding pressure of six thousand pounds per square inch.

Application - Bundy Tubes


SAN31HT and 353MA- muffle tubes used to braze Bundy Tubes:

a single strip of copper coated steel, wound round twice to create a double wall tube, capable of withstanding pressure of six thousand pounds per square inch.

Application - Bundy Tubes


Pyrometer TubesThermocouple protection tubesCable tubingSighting sheaths

Used in all industries who has a need of measuring the temperature in their process ( > 500 ºC ).For example Iron & Steel, Fertilizer, Refinery and Glass industry.

253MA, 353MA,

San31HT, 4C54


Pyrometer Tubes

What are Pyrometer tubes used for ?

Thermocouple protection tubesCable tubingSighting sheaths

Used in all industries who has a need of measuringthe temperature in their process ( > 500 ºC ), for exampleIron & Steel, Fertilizer, Refinery and Glass industry.


Etylene Furnace Tubes

ID finned 353MA tubesDeveloped 2000First order in October 2000Several orders 2001-2002


Boiler Tubes

Boilers Coal firedBlack liquor recoveryMunicipal waste Incineration & biomassWaste heat recovery

GradesComposite tubesMono tubes

standard gradesspecialty grades

Stuart


Boiler Tubes


Sandvik Composite Tubes for Recovery Boilers in the Pulp & Paper Industry

Superheatertubes

SAN28/T22

310/T22

Furnace wall tubes

3R12/4L7

Furnace floor tubes

Sanicro 38/4L7

Why composite tubes? Increased safety

Longer operating life

Better planning predictability

Sanicro 38/4L7Sanicro 38/4L7* superior corrosion and

SCC resistance* good thermal fatigue and

low-cycle fatigue characteristics

*11 years in- serviceexperience


Waste Heat Boiler, Boliden Sweden by courtesy of Outokumpu, Finland

Composite Tubes

improved erosion/corrosion resistance

eliminate unpredictable stops

3-7 times longer life time compared to carbon steel tubes

aço inox - aplicações em alta temperatura

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