A.S.D’Oliveira Aços Inoxidáveis

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Aços inoxidáveis Açosde altaligaespecíficosparaa resistenciaa corrosão

•Principal elementode liga: Crnormalmentesuperior a 12%

–Cr forma um finofilmede óxidode Cr aderentea superfíciedo açoqueprotegea superfíciecontra a corrosão

O cromo também aumenta a resistência à oxidação em altas temperaturas.

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Aços inoxidáveis

Nié outroelementode ligaimportanteaumentaa resistência a corrosão em certos aços inoxidáveis

Carbono é usado para aumentar a resistência mecânicae a durezados açosinoxidáveis; alto teorde C reduza resistênciaa corrosãofavorecendoa formaçãode carbetosde cromoquereduzo Cr disponível

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Diagrama Fe-Cr

DETALHES IMPORTANTES -Lupa austenítica

-Fase sigma

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Influência do carbono no diagrama Fe-Cr

- Aumenta a lupa austenítica - Cria campos de estabilidade para carbonetos

A.S.D’Oliveira Influência do carbono no diagrama Fe-Cr

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Tipos de aços inoxidáveis

•Classificaçãode acordocom a fasepredominante a temperatura ambiente :

1.Austeniticos: composiçãotipíca18% Cr e 8% Ni

2.Ferriticos-15% to 20% Cr, baixoC, semNi

3.Martensiticos-máximo18% Cr semNi, teorde C maior que nos ferriticos

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Outros aços inoxidáveis

• Outros aços de alta liga também foram classificados como inoxidáveis

4. Endurecidosporprecipitação-17% Cr e 7%Ni, pequenasadiçõesde elementosde ligaAl, Cu, Ti, e Mo

5. Duplex -misturade faseausteniticae ferriticaem quantidades similares

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The figure below provides a map of the compositional and property linkages to the family of stainless steel alloy.

Aços inoxidáveis

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Propriedade Austeníticos Ferríticos Martensíticos

Aço-C

PROPRIEDADES FÍSICAS DOS AÇOS INOXIDÁVEIS Comparação com aço ao C

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Propriedades dos aços inoxidáveis

• Além da resistência a corrosão os aços inoxidáveisapresentamum boa combinaçãode resistência mecânica e ductilidade

– Apesar de atrativos para várias aplicações as suas propriedades resultam em dificuldades de processamento/fabricação

• São significativamente mais caros que os aços ao carbonoe de baixaliga

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Typical Tensile Properties of Annealed Materials Typical elongations of annealed materials on fabrication.

Aços inoxidáveis -Propriedades

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Aços inoxidáveis -Propriedades Seleção de Materiais

A.S.D’Oliveira COMPARAÇÃO DAS CURVAS TENACIDADE X TEMPERATURA

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Aços inoxidáveis –efeito do encruamento Seleção de Materiais

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Tipos de corrosão nos aços inoxidáveis -Corrosão por pites micropites macropites

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Tipos de corrosão nos aços inoxidáveis(cont.)

-Corrosão em aresta ou frestas

- Pilha de aeração diferencial – a região em contacto com a menor pressão de O2 se torna anódica a corrosão ocorre nas interior das frestas - Pilha de concentração iônica – o eletrodo se torna mais ativo quando decresce a concentração de seus íons na solução a corrosão ocorre nas bordas das frestas

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-Corrosão intergranular

- Ocorre devido a precipitação de carbonetos de cromo nos contornos de grão, deixando uma região pobre em cromo no entorno do contorno. Esta região é preferencialmente anódica em relação ao interior dos grãos.

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Aços inoxidáveis ferríticos

Principais características: - Boa resistência à corrosão, especialmente corrosão sob tensão.

- Não são endurecíveis por tratamento térmico

- Têm boa conformabilidade plástica

- Podem sofrer diversos fenômenos de fragilização com o aquecimento em certas faixas de temperatura.

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Fenômenos de fragilização dos aços inoxidáveis ferríticos

Crescimento de grãos: os aços inox ferríticos têm forte tendência ao crescimento de grãos, pois não apresentam transformação de fase no estado sólido. Por outro lado, por terem estrutura C, os inox ferríticos sofrem grande perda de tenacidade com o crescimento de grãos (aumento da temperatura de transição dúctil-frágil);

Fonte: [4]

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Precipitação de fase ‘ na faixa de 350 a 550oC:

- Endurecimento - Fragilização

- Perda de resistência à corrosão

Precipitação de fase :

- Faixa de precipitação nos aços inox ferríticos: 500oC – 800oC - Endurecimento

- Fragilização

- Perda de resistência à corrosão

Quanto maiores os teores de Cr e Mo, mais susceptível o aço fica à formação das fases e '

Aços inoxidáveis ferríticos

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Fragilização devido aos elementos intersticiais SCHON:

- Estes elementos se segregam nos contornos de grão, onde fragilizam o aço.

- Na soldagem forma-se austenita em altas temperaturas e martensita intergranular no resfriamento

- C e N formam carbonetos e carbonitretos de cromo que fragilizam e causam perda da resistência à corrosão

Soluções: - Adição de Ti e/ou Nb

- Utilização de aços ELI

-Tratamento térmico pós-soldagem a cerca de 650oC – 850oC para transformar a martensita em ferrita mais carbonetos

Aços inoxidáveis ferríticos

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Aços inoxidáveis austeníticos

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Principais características dos aços inoxidáveis austeníticos

• Excelente resistência à corrosão, exceto corrosão sob tensão. • Não são endurecíveis por tratamento térmico

• Têm excelente conformabilidade plástica

• Têm baixa energia de falha de empilhamento

• Apresentam alto coeficiente de encruamento (n)

• A estrutura CFC apresenta boa resistência à fluência

• A estrutura austenítica não apresenta transição dúctil-frágil

• Possuem baixas condutividade elétrica e térmica (característica comuns aos inox)

• Possuem elevado coeficiente de expansão térmica (maior do que os demais tipos de inox)

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Problemas de corrosão Sensitização corrosão intergranular

AISI 304 -Estrutura solubilizadaEstrutura sensitizada

Sensitização é a precipitação de carbonetos de cromo, preferencialmente nos contornos de grão. A faixa de temperaturas em que a precipitação ocorre nos aços inox austeníticos é de 450oC a 850oC.

Aços inoxidáveis austeníticos

A.S.D’Oliveira As regiões adjacentes aos contornos ficam preferencialmente anódicas

O aço sensitizado fica susceptível à corrosão intergranular, pois as regiões adjacentes aos contornos de grão ficam pobres em Cr.

Aços inoxidáveis austeníticos

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Medidas para se evitar a corrosão intergranular nos aços inoxidáveis austeníticos:

- Regenerando um aço sensitizado - 1050oC – 1100oC resfriamento em água

- Reduzindo o teor de carbono retarda-se a cinética de precipitação dos carbonetos

- Utilizando aços estabilizados ao Ti (AISI 321) ou Nb (AISI 347):

- O Nb e o Ti formam carbonetos (NbC e TiC) evitando a formação dos carbonetos de cromo

(Cr23C6). - Estes aços devem passar por um tratamento de estabilização após a soldagem ou antes da utilização na faixa de 600oC a 700oC.

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-O tratamento térmico de estabilização deve provocar a precipitação de NbC ou TiC, retirando todo o carbono de solução sólida

-O tratamento térmico de estabilização deve ser feito na faixa de 850oC a 950oC.

Aços inoxidáveis austeníticos

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Aço inoxidável AISI 321 solubilizado a 1100oC e tratado a 600oC por 48 horas

Corr ent e (A

Potencial (V )

Aço inoxidável AISI 321 solubilizado a 875oC e tratado a 600oC por 100 horas

Corr ent e (A

Potencial (V)

Aços inoxidáveis austeníticos

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Estabilizado a 950 C / 2h

C orre e (A

Potencial (V )

Aço inoxidável AISI 321 solubilizado a 950oC e tratado a 600oC por 100 horas

Aço inoxidável AISI 321 solubilizado a 975oC e tratado a 600oC por 100 horas

C orrent e (A

Potencial (V)

Aços inoxidáveis austeníticos

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304H envelhecido 4 horas 750oC

Corrent e

Potencial (V) c orrent e(A) potencial(V) 304H como recebido

Aços inoxidáveis austeníticos

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A utilização dos aços austeníticos convencionais na faixa de sensitização se baseia no fato de que o material pode ser recuperado (ou curado) com o tempo de envelhecimento, pela difusão do cromo. Este fenômeno que pode demorar muito ou pouco tempo, dependendo da temperatura de utilização e composição química do aço.

Ir/Ia

Tempo (h)

Corrent e (A )

Potencial (V)

304 NS - 48h

Aços inoxidáveis austeníticos

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Aço austenítico contendo 16%Cr-0,03%C

Fonte: William E. Mayo, “Predicting IGSCC/IGA susceptibility of Ni-Cr-Fe alloys by modeling of grain boundary chromium depletion”, Materials Science and Engineering A252 (1997) p 129-139.

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-Corrosão sob tensão

Meio agressivo

Tensões trativas

Material susceptível

- Materiais susceptíveis: aços inoxidáveis austeníticos, aços inoxidáveis martensíticos; - Meios agressivos: soluções contendo cloretos, hidrogênio (H2S, carregamento catódico).

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Corrosão sob-tensão

- Na maioria dos casos, a CST nos aços inoxidáveis austeníticos é causada por íons cloretos.

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FaseEstruturaParâmetros Cristalinos (Å)

AustenitaCFCa= 3,588

Martensitas induzidas por deformação

Metalografia

A.S.D’Oliveira Aços inoxidáveis martensíticos

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Principais composições comerciais:

Principais características: -Bom compromisso entre resistência mecânica e resistência à corrosão.

-São endurecíveis por tratamento térmico

Tratamentos térmicos: - Recozimento

- Têmpera

- Revenido

Aços inoxidáveis martensíticos

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Tipo (classificação AISI) Temperatura de têmpera (oC)

Seleção da temperatura de têmpera

-Opções de revenido:

200 – 350oC, quando se desejar elevada resistência mecânica; ou 600 – 700oC, quando se desejar elevadas ductilidade e tenacidade, em detrimento da resistência mecânica

O revenido na faixa de 400 e 600oC não deve ser realizado por que provoca perda acentuada de resistência à corrosão e queda da tenacidade (fragilidade do revenido). A queda de resistência à corrosão é devida à precipitação de carbonetos grosseiros de cromo. Estes carbonetos também se formam na faixa superior de 600-700oC, porém nestas temperaturas acredita-se que o cromo pode se difundir facilmente e eliminar ou reduzir as regiões pobres em cromo (“healing”).

Aços inoxidáveis martensíticos

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Aços inoxidáveis supermartensíticos

Para melhorar as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão e soldabilidade dos aços inoxidáveis martensíticos convencionais, foram adicionados Ni e Mo, e reduzido o teor de carbono.

Dependendo do tratamento térmico ou termomecânico, a microestrutura pode conter, além de martensita, quantidades minoritárias de austenita e ferrita (principalmente nos graus mais ligados ao Cr e Mo).

Principais composições:

A.S.D’Oliveira Aços inoxidáveis martensíticos

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Os aços supermartensíticos são mais baratos e podem apresentar resistência mecânica superior à dos aços duplex e superduplex. Entretanto, os duplex e superduplex podem apresentar melhor resistência à corrosão, dependendo das condições de uso (meio e temperatura).

Duplex Supermartensíticos

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