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Seleção de Materiais para Ambientes CoAlan Cardoso e Paula Motooka
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Agenda
2
Aços Inoxidáveis
Influência dos elementos químicos e das propriedades mec
nos materiais
Corrosão
SAF 2707HD
Sanicro 28
Trocadores de Calor
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Inoxidabilidade
5
Fina camada superficial de Cr 2O3o % Cr min = 11%
o invisívelo aderente
o capacidade de se auto-regenerar
Função Proteger o metal de base
Melhora a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas:Si, Al, Ce, Mo, Nb entre outros.
Cr, Mo, Si e Nb Estrutura ferrítica
Ni, C, N e o Mn Estrutura austenítica
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Aços Ferríticos
6
• Classes: 409, 410, 430...
• Teor de Cr : de 10,5 a 30%
• Ferromagnético
• Moderada ductibilidade
o Aprox. 20% alongamento
• Baixa resistência ao impacto – frágil a temperaturas baixas
• Baixa ductibilidade na ZTA por conta do crescimento de grão
• Elementos ferritizantes: Cr, Mo, Si, Ti, Ta e Nb
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Aços Austeniticos
7
• Série 300 = 304, 316, 310...
• 8-10% Ni produzem austenita
• Não magnético
• Excelente ductibilidade
o Aprox. 40% de elongação
• Boa resistência ao impacto
o Dúctil em baixas temperaturas
• Ótima soldabilidade
• Elementos austenitizantes: Ni, C, N
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Estruturas Cristalinas
8
Cúbico de corpocentrado (CCC)
Cúbido de facecentrada (CFC)
Ferrita Austenita
DUPLEX
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Aços Duplex
9
• Estrutura austeno-ferrítica (~50% cada)
• Ligas duplex Fe-Cr-Ni-Mo:
o SAF 2304, SAF 2205, SAF 2507, SAF 2707.
• Alto limite de escoamento (aprox. 2x ferríticos)
• Boa ductibilidade – along. 30%
• Boa resistência ao impacto• Boa soldabilidade
• Excelente resistência à corrosão
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Agenda
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Aços Inoxidáveis
Influência dos elementos químicos e das propriedades mec
nos materiais
Corrosão
SAF 2707HD
Sanicro 28
Trocadores de Calor
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Influência dos elementos químicos
%Cr eq = %Cr + %2(%Si) + 1.5(%Mo) + 5(%V) + 5.5(%Al) + 1.75(%Nb) + 1.5(%Ti) + 0.75(%W)
%Nieq = %Ni + %Co + 30(%C) + 25(%N) + 0.5(%Mn) + 0.3(%Cu)
Diagrama de SFonte: Autor
Sourmail, 2012
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Influência do processo
Diagrama Pseudobinário Fe-Cr-Ni.Fonte: Revista Escola de Minas vol. 61, nº 4,
Ouro Preto, 2008.
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FERRÍTICO AUSTENÍTICarbon steel
Cr
13Cr 304(L)+ Ni
316(L)
+ Mo
904L+ Cr, N
254SMO
+ N
SAF2304
SAF2205
SAF2507
+ Cr, Mo, N, Ni
DUPLEX
A evolução dos aços inoxidáveis moder
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Efeito do Trabalho a Frio
SAF2205 Dureza
Encruame
Tamanho de G
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Por que aços inoxidáveis Duplex?
Resistência à Corrosão
+
Propriedades Mecânicas
Material R M (Mpa) R E (0.2%) (Mpa) Along. (%) Dureza PREN
AISI 430 517 310 30 82 (HRB) 17
AISI 316L 517 220 50 79 (HRB) 24
SAF 2507 800 - 1000 550 25 (107) (HRB) >42
-
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Propriedades mecânicas
• Comparação de propriedades mecânicas
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Dilatação Térmica por °C (20-100 °
A
DUPLEX
HYPER DUPLEX
AÇO CARBONO
0 5 10 15
x10-6
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Agenda
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Aços Inoxidáveis
Influência dos elementos químicos e das propriedades mec
nos materiais
Corrosão
SAF 2707HD
Sanicro 28
Trocadores de Calor
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Corrosão Intergranular
O que fazer para evitar?
o Evitar - 550 e 900°C
o Baixo teor de carbono (grau L)
o Estabilizadores - Ti e Nb
o Alta taxa de resfriamento
o Tratamento térmico posterior a soldagem
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Corrosão por erosão
• Os aços duplex comparados comos aços austeníticos, tem maiorresistência à erosão, devido àssuperiores propriedadesmecânicas que possuem.
-
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Corrosão sob tensão
• Ponto fraco dos in
Austeníticos (série 3• Temp > 60 °C
• Ocorre sob tensão
aplicada ou tensões
• Meios corrosivos C
• Curto tempo até a
C ã b t ã
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Corrosão sob tensão
Autoclave
pressão total 100 bar
solução neutra de Cl-
8 ppm de oxigênio
duração = 1000 horas
http://lh3.ggpht.com/-6GSIBeX_Ld4/UKesFSWutWI/AAAAAAAADYU/vZBAR_izqgg/s1600-h/clip_image024%25255B3%25255D.png
-
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Corrosão por Pite• Mecanismo de corrosão localizada muitocomum
• Afetado por• Concentração de cloretos
• Potencial, meio oxidante ou redutor• Teor de oxigênio presente no meio• pH
• Os elementos de liga Cr, Mo e N
melhoram a resistência a corrosão por piteda liga
C ã Pit El t d
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Corrosão por Pite – Elementos de
Positiva
• Cr
• Mo
•N
Proteção Regular Formação da
camada passiva
PRE = %Cr + 3,3%Mo +
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• Corrosão por pite
Resistência à corrosão• CORROSÃO EM AÇOS INOXIDÁVEIS:
Mecanismo da corrosão por pite.Fonte: SANDVIK STEEL, 1999.
• Principal mecanismo de corrosão em ambientes ricos em cloretos
• Ataque corrosivo localizado
• Inicia-se preferencialmente em falhas da camada passiva
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PRE = % Cr + 3.3 x % Mo + 16 x % N
316L 904L SAF 2304 SAF 2205 SAF 2507
ASTM G48B at 80 °C
Resistência à corrosão
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Corrosão por fresta• Mecanismo semelhante à corrosão por pite
• Afetado por:o Geometria da fresta
o Material do formador da fresta
o Razão entre áreas do catodo e anodo
• Comum em:o Conexões
o
Juntas sobrepostaso Bandejamento
o Junção Tubo-espelho
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Temperaturas críticas (CPT and CCT)
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Pitting Resistance Equivalent (PRE)
• Número PRE: utilizado para comparar a resistência a corrosão por pitemateriais
• Como calcular?
*Esta é a fórmula geral, adotada pela grande maioria das instituições
• Por que Cr, Mo and N?o Aumentam a resistência à corrosão por pite
• Como utilizar?o Quanto maior o PRE, maior a resistência à corrosão por pite!
PRE = %Cr + 3,3 * %Mo + 16 * %N
E i l t d R i tê i Pit
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Equivalente de Resistência a Pite
PRE = %Cr + 3,3x(%Mo) + 16x(%N)
Sandvik AISI / UNS %Cr %Mo %N PRE3R12 304L 18 - - 183R60 316L 17 2,2 - 24SAF 2304 S 32304 23 0,3 0,1 24 3R64 317L 18,5 3,1 - 292RK65 (904L) N 08904 20 4,5 - 35
SAF 2205 S 31803 22 3,1 0,2 35SANICRO28 N 08028 27 3,5 - 38254 SMO S 31254 20 6 0,2 40 SAF 2507 S 32750 25 4 0,3 >42SAF 2707HD S 32707 27 5 0,4 >48
Obs: os valores de PRE indicados são nominais, não mínimos
Agenda
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Agenda
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Aços Inoxidáveis
Influência dos elementos químicos e das propriedades mec
nos materiais
Corrosão
SAF 2707HD
Sanicro 28
Trocadores de Calor
SAF 2 0 HD
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SAF 2707HD
• Evolução do SAF 2507
• Resistência à corrosão por fresta
• Resistência mecânica
• Meios em que se diferencia do SAF 2507
o Água do mar (meios contendo alto teor de cloreto)
o Ácido fosfórico
o Ácidos orgânicos
Comparativo
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ComparativoComposição química e propriedades mecânicas
Composição quím ica
Liga UNS No. Cr Ni Mo N
SAF 2507 S32750 25 7 4 0.3
SAF 2707 HD S32707 27 6.5 4.8 0.4
Prop riedades mecânicas
Liga Dureza (max)
SAF 2507 32 HRC
SAF 2707 HD 34 HRC
Resistência à corrosão
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es stê c a à co osãoPite e Fresta
Liga Cr Mo N PRESAF 2507 25 4 0.3 43
SAF 2707 HD 27 4.8 0.4 4
Corrosão sob tensão
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Corrosão sob tensão
Autoclave
pressão total 100 barsolução neutra de Cl-
8 ppm de oxigênio
duração = 1000 horas
CPT and CCT
http://lh3.ggpht.com/-6GSIBeX_Ld4/UKesFSWutWI/AAAAAAAADYU/vZBAR_izqgg/s1600-h/clip_image024%25255B3%25255D.png
-
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CPT and CCT Standard G48
Material CPT (oC) CCT (oC) PRE
SAF 2707HD > 95 70 >48
Alloy C 276 > 85 45 68
Alloy C 22 > 85 75 65
Alloy 625 > 85 35 51
SAF 2507 75 50 43
254 SMO 75 45 43
SANICRO 28 45 N/A 38
SAF 2205 35 20 35
2RK65 (904L) 30 N/A 35
Ácido Clorídrico
-
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Ácido Clorídrico
2.5% HCl, corrosão generalizada - 50 graus
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
SAF 2707HD SAF 2507
T a x a d e c o r r o
s ã o m m / a n o
Corrosão generalizada
o Resistência à corrosão é superior ao SAF 2507 em ácidos redutores c
Considerações sobre a aplicação do SAF 2
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Considerações sobre a aplicação do SAF 2
• Aplicação de SAF 2707 HD
o
Subsituição do SAF 2205 ou SAF 2507
• Benefícios
o Resistência à corrosão por pite e fresta
o Resistência mecânica superior => Diminuição da espessura de parede
o Existem casos com necessidade de tubos de espessura de parede 2,1
o Dureza mais elevada
Agenda
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Agenda
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Aços Inoxidáveis
Influência dos elementos químicos e das propriedades mec
nos materiais
Corrosão
SAF 2707HD
Sanicro 28
Trocadores de Calor
Sanicro 28
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Sanicro 28
• Liga super austenítica para várias aplicações
o
27% Cr, 31% Ni, 3,5% Mo.
• Upgrade da liga 2RK65 (904L)
• Altíssima resistência a corrosão em Ácidos Fortes
• Alta resistência a corrosão intergranular e sob tensão
• Ótima resistência a corrosão localizada (pite, fresta)
• Boa soldabilidade
Ácidos Orgânicos
-
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45
Ácidos Orgânicos
SAF 2507 eSAF 2707s/ ataque
50% ácido acético
Taxa de corrosão mm/ano
Ácido Fórmico
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Ácido Fórmico
• Diagrama de isocorrosão 0.1 mm/yr
(4 mpy)
• Solução aerada
• Condição estática
• Exposição de 1+3+3 dias.
Resistência à corrosão – Sanicro 28 x 316L
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Resistência à corrosão – Sanicro 28 x 90
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48Diagrama de isocorrosão 0,1 mm/ano – Solução desaerada
Agenda
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g
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Aços Inoxidáveis
Influência dos elementos químicos e das propriedades mec
nos materiais
Corrosão
SAF 2707HD Sanicro 28
Trocadores de Calor
Soldagem, Expansão e Soldagem/Expan
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Tipos de junção:
o Soldagem
o Expansão
o Soldagem/Expansão
Dependem das necessidades
o Corrosividade
o Temperatura
o Pressão
o Tensões
o É possível a soldagem dos materiais
g p g p
Soldagem, Expansão e Soldagem/Expan
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Soldagem
o
Meios extremamente corrosivoso Alta temperatura
o Altas pressões
Expansão
o Mais fácil e mais barata
o Aumenta a resistência da junção
o Diminui a chance de corrosão por fresta
Expansão - Resistência Mecânica
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Expansão Resistência Mecânica
• Para expandir um tubo, deve-se ultrapassar a zona de defoelástica, e entrar na plástica
• Limite de Escoamento:
-
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Obrigado!Paula Motooka
Tel: +55 11 5696-5656Cel: +55 11 98690-6460
E-mail: [email protected]
Alan CardosoTel: +55 11 5696-6806
Cel: +55 11 97185-2291
E-mail: [email protected]
53
-
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SANDVIK MATERIALS TECHNOLOGY
Alan CardosoEngenheiro de Aplicações
[email protected] (11) 9 7185 2291(11) 5696 6806
www.smt.sandvik.com
Paula MotooEngenheira de Aplicaç
paula.motooka@sand(11) 9 8690 6460(11) 5696 5656
www.smt.sandvik