AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX: PROPRIEDADES E APLICAÇÃO Dr. Eng. SERGIO MAZZER ROSSITTI (1) Eng. MAURO MAZZER ROSSITTI (2) _____________(1)(2) GRUPOMETAL AÇO INOXIDÁVEL E LIGAS ESPECIAIS

HISTÓRICO Aços Inoxidáveis – descobertos início século XX 1912 – austeníticos (ex 316 - CF8M - etc) e martensíticos (ex 420 - CA6NM - etc) 1920 – ferríticos (ex 430 - CB30 - etc) 1927 – duplex (ex 2205 - CD4MCu - etc)

HISTÓRICO BRASIL Início de utilização – só nos anos 80 (desconhecimento + dificuldades na fabricação) Ainda não fabrica chapas de duplex

DEFINIÇÃO O que é um Aço Inoxidável Duplex? Microestrutura Duplex constituída por duas fases em proporções aproximadamente iguais Ferrita () + Austenita ( )

DEFINIÇÃO O que é um Aço Inoxidável Superduplex? PREn > 40 = Superduplex PREn = Pitting Resistance Equivalent number ASTM: PREn = %Crlivre + 3,3(%Mo ) + 16(%N) LITERATURA: PREn = %Crlivre + 3,3(%Mo +0,5%W) + 2(%Cu) +16(%N) sendo Crlivre = %Cr - 14,5(%C)

COMPOSIÇÃO QUÍMICA ASTM A890/995 CR NI Mo N Outros PREn ASTM 1A CD4MCu 25 5 2 - 3 Cu 31,6 3A 0,20 34,8 4A (SS 2377) 22 3 35,1 5A (SS 2328) 7 4,5 43,0 6A 3,5 0,25 0,7 Cu/ 0,7 W 40,6 SS 2324 6 1,5 30,0 CF8M (austenítico) 19 9,5 2,5 27,3 CA6NM (martensítico) 12 4 0,7 14,3

PROPRIEDADES MECÂNICAS LR LE A J DUREZA (HB) 1A 690 485 16 3A 655 450 25 4A 620 415 45(-46C) NORSOK <271 NORSOK 5A 515 18 <301 NORSOK <265 NACE(antiga) 6A <247 NACE(antiga) SS2324 600 400 260 CF8M 205 30 180 CA6NM 760 550 15 27(-73 C) 280

RESISTÊNCIA À CORROSÃO Martensítico (ex CA6NM) Austenítico (ex CF8M) DUPLEX Generalizada Boa resistência (sob condições moderadas) Boa resistência Pitting (localizada) É susceptível Depende da Composição (PREn CF8M=27) Baixa Susceptibilidade Fresta Depende da Composição Intercristalina Isento Trinca por corrosão sob tensão É susceptível. E também a fragilidade induzida por hidrogênio É susceptível principalmente em T>80C

RESISTÊNCIA AO DESGASTE HIDROABRASIVO E CAVITAÇÃ0 É comparável ao do aço inox martensítico CA6NM. Porém é superior quando o meio contém altos teores de cloreto e/ou PH ácido graças à maior resistência a pitting e PH de ativação mais baixo.

APLICAÇÃO DOS DUPLEX Em geral, onde o peso dos equipamentos é importante em substituição aos inoxidáveis austeníticos, (ex. uma espessura de 40mm pode ser reduzida a 20mm mantendo-se a mesma margem de segurança) Nos ambientes corrosivos encontrados nos diversos segmentos, por exemplo:

APLICAÇÃO DOS DUPLEX Industria Química PREN APLICAÇÃO ~25 (23%Cr s/ Mo) Tubulação 30-36 (22%Cr) Bombas – Ventiladores –Centrífugas – Tanques – Bobinas de fusão enxofre 32-40 (25%Cr) Colunas de fracionamento e reatores de uréia, agitadores >40 (25%Cr- Superduplex) Tubulação de evaporação de sal

APLICAÇÃO DOS DUPLEX Petroquímica PREN APLICAÇÃO ~25 (23%Cr s/ Mo) Reatores tubulares com estrutura em aço carbono 30-36 (22%Cr) Unidades de dessalinização, dessulfuração e destilação 32-40 (25%Cr) Colunas de fracionamento e reatores de uréia, agitadores >40 (25%Cr- Superduplex) Tubulação de evaporação de sal

APLICAÇÃO DOS DUPLEX Geração de energia (nuclear–fóssil) PREN APLICAÇÃO ~25 (23%Cr s/ Mo) Re-aquecedores, aquecedores de água de alimentação 30-36 (22%Cr) Tubos de injeção de alta velocidade em poços geotérmicos 32-40 (25%Cr) Trocadores de calor e sistemas em condições geotérmicas ou salmouras >40 (25%Cr- Superduplex)

APLICAÇÃO DOS DUPLEX Petróleo e gás (on-offshore) PREN APLICAÇÃO ~25 (23%Cr s/ Mo) Resfriadores, tubulação, linhas de escoamento 30-36 (22%Cr) Estrutura de tochas, tubulação de perfuração (H2S+CO2) 32-40 (25%Cr) Bombas de transporte de gás ácido, bombas de injeção de água salgada >40 (25%Cr- Superduplex) Válvulas de bloqueio, sistemas de refrigeração com água salgada, bombas e tubulação para água de incêndio, arvores de natal ...

APLICAÇÃO 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

APLICAÇÃO – Exemplo ASTM A 995-5A Customer: PETROBRÁS Power: 3287 HP Pump Type: GSG 150-360 1+5 Total Weight: 160 tons Dimensions (total): - Length: 16 m (52,5 ft) - Width: 7 m (23 ft) - Height: 4,2 m (14 ft) Fluid: Sea Water Flow: 445 m3/h (1958 USGPM) Head: 1454 m (4770 ft)

APLICAÇÃO DOS DUPLEX Papel e Celulose PREN APLICAÇÃO ~25 (23%Cr s/ Mo) Digestores, pré aquecedores e evaporadores 30-36 (22%Cr) Digestores para sulfato e sulfito 32-40 (25%Cr) Digestores e pré quecedores de digestores >40 (25%Cr- Superduplex) Equipamentos de branqueamento contendo cloretos

APLICAÇÃO Papel e Celulose Customer: RIPASA/SP - Papel Celulose Pump Type: NCH-300-350 Application: residual water extraction Flow: 1200 m3/h Head: 24 m Power: 150 HP ASTM A995 – 3A

FABRICAÇÃO DOS DUPLEX Produtos Fundidos Diferença em relação aos outros aços inoxidáveis Etapas principais do processo Controle de qualidade durante produção e no recebimento

PRODUTOS FUNDIDOS

FABRICAÇÃO Diferença fundamental : presença de fases intermetálicas (principal fase )

Processo de fabricação de pecas fundidas em duplex Etapas

FABRICAÇÃO - Elaboração da Liga

Processo de fabricação de pecas fundidas em duplex Etapas

FABRICAÇÃO - Microestruturas no estado bruto de fundição

FABRICAÇÃO - Rebarbação - Corte de Canais Microestrutura repleta de fase  - frágil

FABRICAÇÃO - Corte de Canais

FABRICAÇÃO – Tratamento térmico

FABRICAÇÃO Tratamento térmico - Solubilização

Microestrutura SS 2324

Processo de fabricação de pecas fundidas em duplex Etapas

FABRICAÇÃO – Solda ZONA TERMICAMENTE AFETADA NA SOLDA

FABRICAÇÃO – Solda

FABRICAÇÃO –Dureza X Fase 

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

CONSIDERAÇÕES FINAIS Em função das propriedades, o consumo de duplex e superduplex vai aumentar Fabricação destes aços exige conhecimento aprofundado de metalurgia Só atender à norma de AQ e PM não garante desempenho do material Devem ser considerados a experiência e o histórico de fornecimento do fundidor

AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX: PROPRIEDADES E APLICAÇÃO Dr. Eng. SERGIO MAZZER ROSSITTI (1) Eng. MAURO MAZZER ROSSITTI (2) _____________(1)(2) GRUPOMETAL AÇO INOXIDÁVEL E LIGAS ESPECIAIS

Porosidades em fundidos Origem Metal Quanto menor teor de carbono na liga mais propensão a porosidade (ex: ferro fundido – aço carbono – aço inox) Desoxidação Limpeza das panelas de transferência

Porosidades em fundidos Origem Molde Reação metal/molde – resina de aglomeração da areia reage com o metal líquido com evolução de bolhas Ar preso durante o enchimento do molde Saída obstruída dos gases de combustão da resina dos machos