aÇo inoxidÁvel duplex: propriedades e aplicaÇÃo dr. eng. sergio mazzer rossitti (1) eng. mauro...

AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX: AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX: PROPRIEDADES E APLICAÇÃOPROPRIEDADES E APLICAÇÃO

Dr. Eng. SERGIO MAZZER ROSSITTI (1)Dr. Eng. SERGIO MAZZER ROSSITTI (1)

Eng. MAURO MAZZER ROSSITTI (2)Eng. MAURO MAZZER ROSSITTI (2)

_____________(_____________(1)(2) 1)(2) GRUPOMETALGRUPOMETAL AÇO INOXIDÁVEL E LIGAS ESPECIAISAÇO INOXIDÁVEL E LIGAS ESPECIAIS

HISTÓRICOHISTÓRICO

Aços Inoxidáveis – descobertos Aços Inoxidáveis – descobertos início século XXinício século XX– 1912 – austeníticos (ex 316 - CF8M - 1912 – austeníticos (ex 316 - CF8M -

etc) e martensíticos (ex 420 - etc) e martensíticos (ex 420 - CA6NM - etc)CA6NM - etc)

– 1920 – ferríticos (ex 430 - CB30 - etc)1920 – ferríticos (ex 430 - CB30 - etc)– 1927 – duplex (ex 2205 - CD4MCu - 1927 – duplex (ex 2205 - CD4MCu -

etc)etc)

HISTÓRICOHISTÓRICO

BRASILBRASIL– Início de utilização – só nos anos 80 Início de utilização – só nos anos 80

(desconhecimento + dificuldades na (desconhecimento + dificuldades na fabricação)fabricação)

– Ainda não fabrica chapas de duplexAinda não fabrica chapas de duplex

DEFINIÇÃODEFINIÇÃO

O que é um O que é um Aço Inoxidável Aço Inoxidável Duplex?Duplex?

Microestrutura Duplex constituída por duas fases Microestrutura Duplex constituída por duas fases em proporções aproximadamente iguais em proporções aproximadamente iguais – Ferrita (Ferrita () + Austenita ( ) + Austenita ( ))

DEFINIÇÃODEFINIÇÃO O que é um O que é um Aço Inoxidável Aço Inoxidável Superduplex?Superduplex?

PREn > 40 = PREn > 40 = SuperduplexSuperduplex

PREn = Pitting Resistance Equivalent numberPREn = Pitting Resistance Equivalent number

ASTM: PREn = %CrASTM: PREn = %Crlivre livre + 3,3(%Mo ) + 16(%N) + 3,3(%Mo ) + 16(%N)

LITERATURA: PREn = %CrLITERATURA: PREn = %Crlivre livre + 3,3(%Mo +0,5%W) + + 3,3(%Mo +0,5%W) + 2(%Cu) +16(%N)2(%Cu) +16(%N) sendo Crsendo Crlivrelivre = %Cr - = %Cr - 14,5(%C)14,5(%C)

COMPOSIÇÃO QUÍMICACOMPOSIÇÃO QUÍMICAASTMASTM

A890/995A890/995CRCR NINI MoMo NN OutrosOutros PREn PREn

ASTMASTM

1A CD4MCu1A CD4MCu 2525 55 22 -- 3 Cu3 Cu 31,631,6

3A3A 2525 55 22 0,200,20 34,834,8

4A (SS 4A (SS 2377)2377)

2222 55 33 0,200,20 35,135,1

5A (SS 5A (SS 2328)2328)

2525 77 4,54,5 0,200,20 43,043,0

6A6A 2525 77 3,53,5 0,250,25 0,7 Cu/ 0,7 0,7 Cu/ 0,7 WW

40,640,6

SS 2324SS 2324 2525 66 1,51,5 30,030,0

CF8M CF8M (austenítico(austenítico) )

1919 9,59,5 2,52,5 -- 27,327,3

CA6NM CA6NM (martensític(martensítico)o)

1212 44 0,70,7 -- 14,314,3

PROPRIEDADES PROPRIEDADES MECÂNICASMECÂNICAS

LRLR LELE AA JJ DUREZA (HB)DUREZA (HB)

1A1A 690690 485485 1616

3A3A 655655 450450 2525

4A4A 620620 415415 2525 4545(-46C) (-46C) NORSOKNORSOK

<271 <271 NORSOKNORSOK



<265 <265 NACE(antigaNACE(antiga

))



<247<247 NACE(antigaNACE(antiga

))

SS232SS23244

600600 400400 1818 260260

CF8MCF8M 485485 205205 3030 180180

CA6NCA6NMM

760760 550550 1515 2727(-73 (-73 C)C)

280280

RESISTÊNCIA À RESISTÊNCIA À CORROSÃOCORROSÃO

CorrosãoCorrosão Martensítico Martensítico (ex CA6NM) (ex CA6NM)

Austenítico Austenítico (ex CF8M)(ex CF8M)

DUPLEXDUPLEX

GeneralizadGeneralizadaa

Boa Boa resistência resistência ((sob condições sob condições moderadas)moderadas)

Boa Boa resistência resistência

Boa resistênciaBoa resistência

PittingPitting

(localizada)(localizada)É susceptívelÉ susceptível Depende da Depende da

Composição Composição (PREn CF8M=27)(PREn CF8M=27)

Baixa Baixa SusceptibilidadeSusceptibilidade

FrestaFresta É susceptívelÉ susceptível Depende da Depende da ComposiçãoComposição


IntercristaliIntercristalinana

IsentoIsento Depende da Depende da ComposiçãoComposição

IsentoIsento

Trinca por Trinca por corrosão corrosão sob tensãosob tensão

É susceptível.É susceptível.E também a E também a fragilidade fragilidade induzida por induzida por hidrogêniohidrogênio

É susceptível É susceptível principalmentprincipalmente em T>80Ce em T>80C


RESISTÊNCIA AO DESGASTE RESISTÊNCIA AO DESGASTE HIDROABRASIVO E CAVITAÇÃ0HIDROABRASIVO E CAVITAÇÃ0

É comparável ao do aço inox É comparável ao do aço inox martensítico CA6NM.martensítico CA6NM.

Porém é superior quando o meio Porém é superior quando o meio contém altos teores de cloreto contém altos teores de cloreto e/ou PH ácido graças à maior e/ou PH ácido graças à maior resistência a pitting e PH de resistência a pitting e PH de ativação mais baixo.ativação mais baixo.

APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEX

Em geral, onde o peso dos Em geral, onde o peso dos equipamentos é importante em equipamentos é importante em substituição aos inoxidáveis substituição aos inoxidáveis austeníticos, austeníticos, (ex. uma espessura de (ex. uma espessura de 40mm pode ser reduzida a 20mm 40mm pode ser reduzida a 20mm mantendo-se a mesma margem de mantendo-se a mesma margem de segurança)segurança)

Nos ambientes corrosivos Nos ambientes corrosivos encontrados nos diversos encontrados nos diversos segmentos, por exemplo:segmentos, por exemplo:

APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEXIndustria QuímicaIndustria Química

PRENPREN APLICAÇÃOAPLICAÇÃO

~25 ~25

(23%Cr s/ Mo)(23%Cr s/ Mo)TubulaçãoTubulação

30-3630-36

(22%Cr)(22%Cr)Bombas – Ventiladores –Bombas – Ventiladores –Centrífugas – Tanques – Centrífugas – Tanques – Bobinas de fusão enxofreBobinas de fusão enxofre

32-4032-40

(25%Cr)(25%Cr)Colunas de Colunas de fracionamento e reatores fracionamento e reatores de uréia, agitadoresde uréia, agitadores

>40 (25%Cr- >40 (25%Cr- Superduplex)Superduplex)

Tubulação de evaporação Tubulação de evaporação de salde sal

APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEXPetroquímicaPetroquímica


~25~25

(23%Cr s/ (23%Cr s/ Mo)Mo)

Reatores tubulares com Reatores tubulares com estrutura em aço carbonoestrutura em aço carbono

30-3630-36

(22%Cr)(22%Cr)Unidades de Unidades de dessalinização, dessalinização, dessulfuração e destilaçãodessulfuração e destilação

32-4032-40

(25%Cr)(25%Cr)Colunas de fracionamento Colunas de fracionamento e reatores de uréia, e reatores de uréia, agitadoresagitadores


Tubulação de evaporação Tubulação de evaporação de salde sal

APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEXGeração de energia (nuclear–Geração de energia (nuclear–

fóssil)fóssil)PRENPREN APLICAÇÃOAPLICAÇÃO

~25~25

(23%Cr s/ Mo)(23%Cr s/ Mo)Re-aquecedores, aquecedores Re-aquecedores, aquecedores de água de alimentaçãode água de alimentação

30-3630-36

(22%Cr)(22%Cr)Tubos de injeção de alta Tubos de injeção de alta velocidade em poços velocidade em poços geotérmicosgeotérmicos

32-4032-40

(25%Cr)(25%Cr)Trocadores de calor e Trocadores de calor e sistemas em condições sistemas em condições geotérmicas ou salmourasgeotérmicas ou salmouras


APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEXPetróleo e gás (on-offshore)Petróleo e gás (on-offshore)


~25~25

(23%Cr s/ Mo)(23%Cr s/ Mo)Resfriadores, tubulação, linhas Resfriadores, tubulação, linhas de escoamentode escoamento

30-3630-36

(22%Cr)(22%Cr)Estrutura de tochas, tubulação Estrutura de tochas, tubulação de perfuração (H2S+CO2)de perfuração (H2S+CO2)

32-4032-40

(25%Cr)(25%Cr)Bombas de transporte de gás Bombas de transporte de gás ácido, bombas de injeção de ácido, bombas de injeção de água salgadaágua salgada


Válvulas de bloqueio, sistemas de Válvulas de bloqueio, sistemas de refrigeração com água salgada, bombas e refrigeração com água salgada, bombas e tubulação para água de incêndio, arvores tubulação para água de incêndio, arvores de natal ...de natal ...

APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEX OFF SHORE: CL- H2S Ph<4 altas velocidades de

bombeamento. Peso do equipamento é importante

CUSTO DE SUPORTAÇÃO É DE USD 150 000/TONELADA NA PLATAFORMA – Fonte:SHELL

Customer: PETROBRÁS

Pump Type: GSG 150-360 1+5

Dimensions (total):- Length: 16 m (52,5 ft)- Width: 7 m (23 ft)- Height: 4,2 m (14 ft)

Total Weight: 160 tons

Power: 3287 HP

Head: 1454 m (4770 ft)Flow: 445 m3/h (1958 USGPM)Fluid: Sea Water

APLICAÇÃOAPLICAÇÃO – Exemplo – Exemplo

ASTM A 995-5A

APLICAÇÃO DOS DUPLEXAPLICAÇÃO DOS DUPLEXPapel e CelulosePapel e Celulose


~25~25

(23%Cr s/ Mo)(23%Cr s/ Mo)Digestores, pré aquecedores e Digestores, pré aquecedores e evaporadoresevaporadores

30-3630-36

(22%Cr)(22%Cr)Digestores para sulfato e Digestores para sulfato e sulfitosulfito

32-4032-40

(25%Cr)(25%Cr)Digestores e pré quecedores Digestores e pré quecedores de digestoresde digestores


Equipamentos de Equipamentos de branqueamento contendo branqueamento contendo cloretoscloretos

Pump Type: NCH-300-350

Application: residual water extraction

APLICAÇÃOAPLICAÇÃOPapel e CelulosePapel e Celulose

Customer: RIPASA/SP - Papel Celulose

Flow: 1200 m3/h

Head: 24 m Power: 150 HP

ASTM A995 – 3A

FABRICAÇÃO DOS DUPLEXFABRICAÇÃO DOS DUPLEX

Produtos FundidosProdutos Fundidos Diferença em relação aos outros Diferença em relação aos outros

aços inoxidáveisaços inoxidáveis Etapas principais do processoEtapas principais do processo Controle de qualidade durante Controle de qualidade durante

produção e no recebimentoprodução e no recebimento

PRODUTOS FUNDIDOSPRODUTOS FUNDIDOS

FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO Diferença fundamental : presença Diferença fundamental : presença

de fases intermetálicas (principal de fases intermetálicas (principal fase fase ))

Processo de fabricação de pecas fundidas em duplexProcesso de fabricação de pecas fundidas em duplex

EtapasEtapas

Solidificação e resfriamento do metalRemoção da peça de dentro do molde

DESMOLDAGEM

Remoção de rebarbas, canais e massalotesREBARBAÇÃO

Tratamento TérmicoTRATAMENTO TÉRMICO

Inspeção : Visual – Líquido PenetrantePartícula Magnética- Ultra Som – RX-Ensaios Mecânicos – Ensaios Corrosão

CONTROLE DE QUALIDADE

Reparo dos defeitosSOLDA

EXPEDIÇÃO

APLICAÇÃO

Estrut.B. Fusão

Estrut.Solub.

Estrutura apósEnvelhecimento

Especificação do Cliente

Desenho da peça a ser fundida:Projeto de canais e montantes

ENGENHARIA

Análise das propriedades do material:Composição química, propriedades

mecânicas, etc...ENGENHARIA

Confecção do ModeloMODELAÇÃO

Cálculo da carga fria:Sucata + retorno + ferro-liga

ACIARIA

Obtenção do moldeMOLDAGEM

Obtenção do machoMACHARIA

Obtenção do metal líquido:Fusão da carga fria

ACIARIA

Montagem do molde e machoFechamento do conjunto

FECHAMENTO

Análise e correção da composiçãoquímica do metal líquido

Vazamento do metal do forno paraa panela de transferência

ACIARIA

Vazamento do metal líquido paradentro do conjunto molde/macho

VAZAMENTO

FABRICAÇÃOFABRICAÇÃO - Elaboração da Liga - Elaboração da Liga

C Mn Si Cr Ni Mo N P S Nb Cu Wmín. 0,00 0,00 0,00 24,00 6,50 3,00 0,20 0,00 0,00 0,00 0,5 0,5

máx. 0,03 1,00 1,00 26,00 8,50 4,00 0,30 0,03 0,03 0,08 1 1

C Mn Si Cr Ni Mo N P S Nb Cu W0,03 0,8 1 25,5 6,53 3,8 0,22 0,030 0,011 0,00 0,75 0,75

C Mn Si Cr Ni Mo N P S Nb Cu WOK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK

PREn = 41,56 OK

este é fixo

Creq. = 27,33 muda conforme a composição da amostra do forno

Nieq. = 15,80 muda conforme a composição da amostra do forno %Ni = 6,53 seria o valor do Ni necessario p/ levar a relação Crequiv/Niequiv a 1,73 Lembrar de verificar se ainda esta dentro da norma

%N = 0,22 seria o valor do N necessario p/ levar a relação Crequiv/Niequiv a 1,73 Lembrar de verificar se ainda esta dentro da normaCreq/Nieq= 1,73 fixo

Nieq.(real)=15,80 muda conforme a composição da anostra do forno

Creq/Nieq= 1,73 muda conforme a composição da anostra do forno

Verificação do PREn

Variação Normalizada dos Elementos Químicos do Aço 6AElementos Químicos

Composição Amostra do Forno

Verificação das Composições

C Mn Si Cr Ni Mo N P S Nb Cu Wmín. 0,00 0,00 0,00 24,00 4,50 1,30 0,00 0,00 0,00

máx. 0,10 2,00 1,00 27,00 7,00 1,80 0,03 0,03 0,08

C Mn Si Cr Ni Mo N P S Nb Cu W0,07 1,8 1 25 6,53 1,5 0,07 0,030 0,011 0,00

C Mn Si Cr Ni Mo N P S Nb Cu WOK OK OK OK OK OK OK OK OK

PREn = 31,07 OK

este é fixo

Creq. = 23,61 muda conforme a composição da amostra do forno

Nieq. = 13,65 muda conforme a composição da amostra do forno %Ni = 6,58 seria o valor do Ni necessario p/ levar a relação Crequiv/Niequiv a 1,73 Lembrar de verificar se ainda esta dentro da norma

%N = 0,07 seria o valor do N necessario p/ levar a relação Crequiv/Niequiv a 1,73 Lembrar de verificar se ainda esta dentro da normaCreq/Nieq= 1,73 fixo

Nieq.(real)=13,60 muda conforme a composição da anostra do forno

Creq/Nieq= 1,74 muda conforme a composição da anostra do forno

Verificação do PREn

Variação Normalizada dos Elementos Químicos do Aço SS 2324Elementos Químicos

Composição Amostra do Forno

Verificação das Composições


EtapasEtapas


DESMOLDAGEM






EXPEDIÇÃO

APLICAÇÃO

Estrut.B. Fusão

Estrut.Solub.




ENGENHARIA





ACIARIA




ACIARIA


FECHAMENTO



ACIARIA


VAZAMENTO

FABRICAÇÃOFABRICAÇÃO - Microestruturas no - Microestruturas no estado bruto de fundiçãoestado bruto de fundição

FABRICAÇÃOFABRICAÇÃO - Rebarbação - Corte de Canais- Rebarbação - Corte de Canais

Microestrutura repleta de fase - frágil

FIGURA 32 – Trincas ocorridas durante a tentativa de corte via “arc-air” do material 0,5%Nbno estado bruto de fusão.

FABRICAÇÃOFABRICAÇÃO - - Corte de CanaisCorte de Canais

FIGURA 33 – Rotor de aço inoxidável duplex, trincado durante a etapa de aquecimento no ciclo detratamento térmico de solubilização.

FABRICAÇÃOFABRICAÇÃO – – Tratamento térmicoTratamento térmico

FABRICAÇÃO FABRICAÇÃO Tratamento térmico - SolubilizaçãoTratamento térmico - Solubilização

Microestrutura SS 2324Microestrutura SS 2324


EtapasEtapas


DESMOLDAGEM






EXPEDIÇÃO

APLICAÇÃO

Estrut.B. Fusão

Estrut.Solub.




ENGENHARIA





ACIARIA




ACIARIA


FECHAMENTO



ACIARIA


VAZAMENTO

ZONA TERMICAMENTE AFETADA NA SOLDAFABRICAÇÃO – SoldaFABRICAÇÃO – Solda

FIGURA 47 – Precipitação de fase após tratamento térmico de solubilização a 1120C/30minseguido de resfriamento em água e envelhecimento a 850C por 5 minutos.

FABRICAÇÃO – SoldaFABRICAÇÃO – Solda

FABRICAÇÃO –Dureza X Fase FABRICAÇÃO –Dureza X Fase

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0% 25% 50%

Dureza (HRc)

% fase

CONTROLE DE QUALIDADE CONTROLE DE QUALIDADE

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (norma)COMPOSIÇÃO QUÍMICA (norma) ENSAIOS MECANICOS (resistência / tenacidade)ENSAIOS MECANICOS (resistência / tenacidade) PREN (resistência a corrosão)PREN (resistência a corrosão) DUREZA (presença de intermetálicos)DUREZA (presença de intermetálicos) METALOGRAFIA (relação austenita/ferrita)METALOGRAFIA (relação austenita/ferrita) ENSAIO DE CORROSÃO (presença de ENSAIO DE CORROSÃO (presença de

intermetálicos e resistência à corrosão)intermetálicos e resistência à corrosão)

CONSIDERAÇÕES FINAISCONSIDERAÇÕES FINAIS

Em função das propriedades, o consumo Em função das propriedades, o consumo de duplex e superduplex vai aumentarde duplex e superduplex vai aumentar

Fabricação destes aços exige Fabricação destes aços exige conhecimento aprofundado de metalurgiaconhecimento aprofundado de metalurgia

Só atender à norma de AQ e PM não Só atender à norma de AQ e PM não garante desempenho do materialgarante desempenho do material

Devem ser considerados a experiência e Devem ser considerados a experiência e o histórico de fornecimento do fundidoro histórico de fornecimento do fundidor

AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX: AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX: PROPRIEDADES E APLICAÇÃOPROPRIEDADES E APLICAÇÃO

Dr. Eng. SERGIO MAZZER ROSSITTI (1)Dr. Eng. SERGIO MAZZER ROSSITTI (1)

Eng. MAURO MAZZER ROSSITTI (2)Eng. MAURO MAZZER ROSSITTI (2)

_____________(_____________(1)(2) 1)(2) GRUPOMETALGRUPOMETAL AÇO INOXIDÁVEL E LIGAS ESPECIAISAÇO INOXIDÁVEL E LIGAS ESPECIAIS

Porosidades em fundidosPorosidades em fundidos

Origem MetalOrigem Metal

1.1. Quanto menor teor de carbono na Quanto menor teor de carbono na liga mais propensão a porosidade liga mais propensão a porosidade (ex: ferro fundido – aço carbono – (ex: ferro fundido – aço carbono – aço inox)aço inox)

2.2. DesoxidaçãoDesoxidação

3.3. Limpeza das panelas de Limpeza das panelas de transferênciatransferência

Porosidades em fundidosPorosidades em fundidos

Origem MoldeOrigem Molde1.1. Reação metal/molde – resina de Reação metal/molde – resina de

aglomeração da areia reage com o aglomeração da areia reage com o metal líquido com evolução de metal líquido com evolução de bolhasbolhas

2.2. Ar preso durante o enchimento do Ar preso durante o enchimento do moldemolde

3.3. Saída obstruída dos gases de Saída obstruída dos gases de combustão da resina dos machos combustão da resina dos machos

aÇo inoxidÁvel duplex: propriedades e aplicaÇÃo dr. eng. sergio mazzer rossitti (1) eng. mauro...

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