Unidade Tematica14

Metalurgia da Soldadura II-XIV-1

Aços Inoxidáveis

UNIDADE TEMÁTICA – AÇOS INOXIDÁVEIS

ÍNDICE TEMÁTICO

1. Introdução

2. Classificação dos aços inoxidáveis

3. Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos

4. Definição de crómio equivalente e de níquel equivalente

5. Influência do azoto (N). O diagrama de De Long

6. Teor em Ferrite

7. Processos de soldadura aplicáveis e consumíveis

8. Gases de protecção

9. Tratamentos térmicos

10. Actividades / avaliação

Objectivos Específicos

No final desta unidade temática, o formando deve ser capaz de: • Classificar os aços inoxidáveis de acordo com a sua composição química e estrutural. • Avaliar o efeito dos elementos de liga nestes tipos de aços. • Caracterizar, genericamente, a soldabilidade dos aços inoxidáveis. • Interpretar o diagrama de Schaeffler. • Determinar o Crómio e Níquel equivalentes. • Prever a microestrutura do material fundido de juntas similares e dissimilares e consequentes comportamentos mecânicos e metalúrgicos. • Adoptar o procedimento de soldadura mais adequado em juntas envolvendo estes tipos de aços.


Aços Inoxidáveis

Introdução Os aços inoxidáveis são ligas ferrosas que têm uma importância relevante no conjunto dos materiais aplicados em componentes industriais e que colocam problemas específicos quanto à soldabilidade. Procura-se nesta unidade temática fazer uma abordagem quanto às suas características principais e à soldabilidade metalúrgica. A designação de aço inoxidável aplica-se a um conjunto de ligas ferrosas com crómio, cujas propriedades principais se caracterizam pela resistência à corrosão em meio aquoso, em presença de agentes agressivos orgânicos e inorgânicos, sendo a resistência aos meios atmosféricos um caso particular. Estes materiais caracterizam-se ainda pela elevada resistência à corrosão a alta temperatura, em meio gasoso. Os aços inoxidáveis são ligas ferrosas com um teor em crómio entre 12 e 26% e até 22% em níquel, possuindo uma boa resistência à corrosão devido ao filme de óxido de crómio que se forma à superfície. No entanto, as ligas com cerca de 5% de crómio possuem já uma razoável resistência à corrosão. A adição de níquel confere-lhe um aumento de resistência à corrosão em meios redutores levemente oxidantes e uma melhoria da soldabilidade. CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS INOXIDÁVEIS Sob a designação genérica de aços inoxidáveis podem incluir-se vários tipos, consoante a composição química e a microestrutura: • Austeníticos. • Endurecíveis por precipitação. • Ferríticos. • Martensíticos.

Aplicações de aços inoxidáveis

Elementos de liga dos Aços Inoxidáveis

Tipos de aços inoxidáveis


Aços Inoxidáveis

Para além do ferro e do crómio, os aços inoxidáveis possuem outros elementos que se apresentam na Tabela 1.

ELEMENTOS

Elementos de adição principais Níquel, Alumínio, Molibdénio, Cobre, Tungsténio,

Titânio, Nióbio, Cobalto

Outros elementos de adição(a) Carbono, Silício, Manganês, Azoto

Impurezas Enxofre(b), Fósforo, Oxigénio

(a) Estes elementos são provenientes do

processo de fabrico ou adicionados intencionalmente para conferir determinadas propriedades

(b) O enxofre pode ser adicionado intencionalmente para melhorar a maquinabilidade

Tabela 1 - Elementos de adição dos aços inoxidáveis Os efeitos dos vários elementos de liga nas características dos aços inoxidáveis são apresentados na tabela 2: ELEMENTO EFEITO

Carbono . Estabiliza a austenite . Diminui a resistência à corrosão intergranular

Crómio . Estabiliza a ferrite . Aumenta a resistência à corrosão e à oxidação

Níquel . Estabiliza a austenite . Aumenta a ductilidade e a resistência à corrosão a alta temperatura

Azoto . Estabiliza a austenite . Aumenta a resistência mecânica

Nióbio/Titânio . Estabilizam a ferrite . Aumentam a resistência à fluência . Aumentam a resistência à corrosão intergranular (NbC) . Afinam o grão

Molibdénio . Estabiliza a ferrite . Aumenta a resistência a alta temperatura . Aumenta a resistência à corrosão

Fósforo/Enxofre . Promovem a fissuração a quente . Diminuem a resistência à corrosão

Manganês . Estabiliza a austenite . Aumenta a resistência à fissuração a quente

Tabela 2 - Efeito dos diversos elementos na estabilidade das fases Ferrítica e

Austenítica


Aços Inoxidáveis

Os aços inoxidáveis encontram-se classificados em várias normas; sendo a ASTM a mais tradicional. AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS E AUSTENO-FERRÍTICOS Os aços inoxidáveis austeníticos são caracterizados normalmente por apresentarem um teor de Cr = 17 a 27% e de Ni = 7 a 25%, podendo ainda, consoante os fins a que se destinam, ter um teor de Mo = 2 a 3%. O teor de carbono é usualmente inferior a 0,07%, sendo inferior a 0,03% nos chamados aços inoxidáveis austeníticos E.L.C. (Extra Low Carbon). A existência de certos elementos, em particular do níquel, faz com que a estrutura metalúrgica destes aços à temperatura ambiente seja austenítica e, consequentemente, não magnética. Um exemplo de ligas deste tipo são os aços 18% Cr 10% Ni e 0,1%C. Estes aços no decurso do arrefecimento passam sucessivamente por uma fase líquida L, h+δ, L+δ, δ, γ+δ e finalmente γ a 1150ºC. As ligas com uma composição próxima de 18% Cr 8% Ni poderão ter uma transformação de alguma austenite em martensite. Esta transformação apenas se processa a temperaturas inferiores a cerca de 50ºC, ou por deformação plástica, nalguns aços laminados a quente pode, igualmente, aparecer alguma ferrite δ, não transformada. Aumentando o teor em níquel há uma estabilização da austenite. A Fig. 1 mostra a influência do níquel na estabilidade da fase γ. O aumento do teor em crómio aumenta a estabilidade da ferrite.

Fig. 1 Influência do níquel no comportamento de um aço com 18% de crómio A ausência de transformações de fase no estado sólido torna estes aços, tal como os inoxidáveis ferríticos, não endurecíveis por têmpera e sensíveis à coalescência de grão a alta temperatura, não regeneráveis por tratamento térmico. Contudo, esta coalescência não se traduz numa fragilização no caso dos aços inoxidáveis austeníticos. O aumento de teor de crómio e a redução de níquel conduzem ao aparecimento de um novo grupo de aços inoxidáveis, derivados dos austeníticos, os austeno-ferríticos. A sua estrutura metalúrgica é basicamente constituída por austenite e alguma ferrite, à qual correspondem características mecânicas superiores, uma melhor resistência à corrosão intercristalina e à corrosão sob tensão, em relação às dos aços inoxidáveis puramente austeníticos. As quantidades utilizadas de aços inoxidáveis austeníticos e austeno-ferríticos representam cerca de 90% do consumo de aços inoxidáveis, o que é devido a propriedades muito particulares daquele grupo de aços, das quais se destacam: • Boa resistência à corrosão, sobretudo em meios redutores e fracamente oxidantes.

Aços austeno-ferríticos

Propriedades dos aços inox austeníticos e austeno-ferríticos


Aços Inoxidáveis

• Uma ductilidade e uma resistência nitidamente superiores às dos outros aços, mesmo a muito baixas temperaturas.

• Generalizada capacidade de endurecerem consideravelmente por deformação plástica, sem que ocorra o aparecimento de fragilização.

• Ausência de limite elástico, no sentido clássico do termo, desde que não haja encruamento, e baixo grau de deformação por fluência à temperatura ambiente.

• Excelente resistência a altas temperaturas, em virtude das suas composições química e estrutural.

• Elevada soldabilidade que permite, na maior parte dos casos, realizar, sem pré-aquecimento soldaduras sãs, as quais podem ser postas em serviço sem tratamento térmico após soldadura e têm propriedades perfeitamente equivalentes às do material de base.

Ao analisar-se um diagrama deste tipo de aços (Fig. 2 - aço com 18% Cr e 12% Ni), torna-se evidente que, quando forem sujeitos a ciclos térmicos de soldadura, não vão, em princípio, sofrer significativas alterações metalúrgicas.

Fig. 2 - Corte vertical, com 18% de crómio, em diagrama Fe-Cr-Ni com

muito baixo teor de carbono SOLDABILIDADE Estes aços possuem uma estrutura na zona fundida constituída por ferrite (δ) e austenite (γ). Em arrefecimento lento a transformação da ferrite em austenite é integral. A ferrite δ tem características metaestáveis, devido às condições específicas de arrefecimento das soldaduras. Apresenta-se na Fig. 3 a estrutura típica de uma soldadura de matriz austenítica com ferrite δ.

Fig. 3 Estrutura bruta de soldadura constituída por uma matriz de austenite e

de ferrite delta


Aços Inoxidáveis

A ferrite δ tende a precipitar nos espaços interdendríticos e intradendríticos. Este facto deve-se fundamentalmente ao facto da zona interior das dendrites ser rica em crómio e pobre em níquel e os espaços interdendríticos, devido a uma acumulação por difusão de outros elementos de liga como silício, estabilizam a ferrite. Micrograficamente a estrutura é constituída por ferrite delta de contornos côncavos e os espaços interdendríticos com austenite ou austenite e ferrite. A Fig. 4 mostra um detalhe deste tipo de estrutura.

Fig. 4 Estrutura bruta de soldadura evidenciando a morfologia da ferrite

delta de contornos côncavos Soldadura dos Aços Inoxidáveis Ferríticos e Semi-Ferríticos Os aços inoxidáveis ferríticos são aços magnéticos, de estrutura basicamente ferrítica, nos quais o crómio é o principal elemento de liga (12 a 30%), sendo o teor de carbono inferior a 0,1%. Os aços semi-ferríticos sofrem no arrefecimento as seguintes transformações: a ferrite δ formada na solidificação decompõe-se em austenite e esta em ferrite e carbonetos. No caso das ligas serem auto temperantes (que é o caso mais comum) a austenite origina martensite. A estrutura final será constituída por ferrite e martensite. A diferença principal em relação aos aços inoxidáveis martensíticos está no facto de possuírem maior resistência à corrosão, um endurecimento moderado por têmpera e melhor comportamento mecânico por deformação plástica. No entanto, têm desvantagens relativamente aos martensíticos pois acima de 1350ºC transformam-se integralmente em ferrite δ com crescimento exagerado de grão. Estes materiais não são susceptíveis de refinamento de grão por tratamento térmico simples; apenas através de um tratamento mecânico e térmico (encruamento e recristalização). O domínio das fases presentes depende dos outros elementos de liga como: carbono, azoto e níquel, que estabilizam a austenite; ou silício, molibdénio, alumínio, titânio e nióbio que favorecem a formação de ferrite. Os aços ferríticos são os que têm uma estrutura ferrítica em todas as temperaturas, podendo no entanto subsistir pequenas zonas de concentração de elementos gamagéneos com formação de martensite a baixas temperaturas. Estes materiais, tal como nos aços semi-ferríticos, são susceptíveis à coalescência de grão alta temperatura e possuem melhor resistência à corrosão que os semi-ferríticos; são materiais dum modo geral frágeis à temperatura ambiente. Uma das variantes mais interessantes destes aços tem cerca de 13% Cr, 0,07% C e 0,25% Al. O alumínio


Aços Inoxidáveis

nestas ligas tem como objectivo aumentar o carácter ferritizante de liga e estabilizar o carbono e o azoto sob a forma de carbonitretos. A Fig. 5 apresenta a microestrutura típica de um aço inoxidável ferrítico.

Fig. 5 Microestrutura de um aço inoxidável ferrítico

SOLDABILIDADE A soldadura destes aços tem alguma complexidade dependendo da composição química e tipo de material. Uma junta soldada num aço inoxidável semi-ferrítico com 17% Cr apresenta duas regiões fundamentais. Na zona termicamente afectada que atingiu temperaturas correspondentes ao domínio bifásico δ + γ apresenta uma estrutura fina predominantemente martensítica. A segunda zona que atingiu a fusão no aquecimento ou atingiu temperaturas no domínio da fase δ, produz, aquando do arrefecimento, uma estrutura com predominância de martensite nos limites de grão e de ferrite δ acicular no interior, semelhante a uma estrutura de Widmarstatten. A zona fundida distingue-se da zona termicamente afectada pela morfologia do grão (na zona fundida é colunar e na zona termicamente afectada é equiaxial). A Fig. 6 apresenta a estrutura típica de um aço deste tipo na zona fundida.

Fig. 6 Microestrutura de um aço semi-ferrítico do 17% Cr na zona fundida

Como consequência de um ciclo térmico de soldadura de materiais deste tipo obtém-se uma estrutura grosseira sensível à rotura frágil a baixa temperatura devido à presença de martensite e ferrite δ. A forma de diminuir esta sensibilidade ao efeito de entalhe obtém-se através de:


Aços Inoxidáveis

• Revenido de martensite (800ºC). • Utilização de componentes nestes materiais, apenas a temperaturas superiores a

100ºC. • Utilização de ligas com elementos ferritizantes como o titânio ou nióbio que formam

compostos estáveis dispersos a alta temperatura. A utilização de materiais de adição austeníticos, à semelhança dos martensíticos, pode ser uma solução possível (se for compatível com as condições de serviço). A soldadura destes materiais faz-se com prévia martelagem dos bordos do chanfro de modo a provocar a recristalização sob efeito de ciclos térmicos posteriores. A soldabilidade dos aços semi-ferríticos com 13% Cr é idêntica à dos com 17% Cr. No entanto, o teor em martensite após arrefecimento pode ser maior (dependendo do teor em outros elementos de liga). Para espessuras mais baixas pode-se prescindir de pré-aquecimento. Após soldadura a execução de um tratamento térmico de revenido é benéfico pois permite uma diminuição da fragilidade da martensite e do nível das tensões residuais. Quanto aos aços puramente ferríticos, a eventual presença de Ti ou Nb favorece a estabilização da ferrite δ. Nos aços do tipo 17% Cr a presença destes elementos (Nb, Ti) sob a forma de nitretos e carbonitretos inibe a coalescência de grão. No caso dos aços do tipo 25-30% Cr e 13% Cr com alumínio, a coalescência de grão é exagerada. Os aços do tipo 13% Cr ferríticos podem conter alguma martensite nos limites de grão tornando-se ainda mais sensíveis ao efeito de entalhe. Os materiais de adição do tipo 25% Cr são soldados normalmente com ligas austenoferríticas do tipo 24 Cr 12 Ni ou 29 Cr 9 Ni. Os aços do tipo 13% Cr são soldados com materiais do mesmo tipo ou ligas austenoferríticas do tipo 18 Cr 10 Ni. Soldadura dos Aços Inoxidáveis Martensíticos Para estudar a metalurgia destas ligas recorre-se ao diagrama binário Fe-Cr (Fig. 7).

Fig. 7 Diagrama de equilíbrio Fe-Cr

Genericamente este diagrama simples apresenta a distribuição dos domínios de estabilidade das várias fases presentes. As ligas englobadas no grupo dos aços inoxidáveis martensíticos são as que, no decurso do arrefecimento atravessam o domínio austenítico, ou seja cujo teor em crómio seja inferior a 11% Cr. As ligas industriais contêm, no entanto, outros elementos de liga, sendo o principal o carbono. O papel deste elemento de liga é o de deslocar o anel austenítico, γ, para a direita, aumentando assim o domínio de estabilidade desta fase (Fig. 8).


Aços Inoxidáveis

Fig. 8 Influência do C sobre o domínio γ

Por exemplo, no arrefecimento de uma liga com 0,25% C e 11,5% Cr, a fase líquida transforma-se integralmente em ferrite δ e austenite γ e esta em martensite (α’). Se o arrefecimento se processar lentamente (em condições próximas das de equilíbrio) o carbono difunde e precipitar-se-à sob a forma de carbonetos nos limites de grão e a liga terá uma microestrutura ferrítica (α) com carbonetos de crómio. No entanto, dado que a difusão do carbono nestas ligas se processa com dificuldade, a fase predominante após arrefecimento ao ar é a martensite (sendo o nome corrente de aços inoxidáveis martensíticos).

Fig. 9 Influência do crómio no diagrama fe-C

A influência destes elementos na estabilidade da austenite (e portanto da martensite) é variável. O silício sendo um elemento ferritizante contraria o efeito do carbono. Ao contrário o manganês, azoto e níquel são elementos que estabilizam a austenite. Quando adicionados em teores elevados, estes elementos podem fazer deslocar o domínio de estabilidade da austenite até à temperatura ambiente fazendo aparecer uma outra classe de aços inoxidáveis (aços inoxidáveis austeníticos). Por esse facto, nas ligas industriais, o carbono, silício, manganês e níquel aparecem em teores relativamente baixos.


Aços Inoxidáveis

DEFINIÇÃO DO CRÓMIO EQUIVALENTE E DO NÍQUEL EQUIVALENTE A previsão do tipo de estrutura da zona fundida é um aspecto extremamente importante. Se o arrefecimento for lento, há tempo para decorrerem os mecanismos de fusão e a zona fundida à temperatura ambiente tem uma estrutura semelhante à do material empregue. No entanto, o arrefecimento após soldadura depende de vários factores físico-químicos, o que significa que qualquer diagrama apresentado para prever as estruturas, terá necessariamente que se restringir a condições bem precisas de soldadura. O diagrama mais divulgado com esta finalidade é o de Schaeffler, que se baseia num facto simples. Cada elemento tem uma influência específica na ferrite ou na austenite. Deste modo, consoante o balanço destes elementos, assim se poderão prever domínios de fase após o arrefecimento. Aos dois elementos principais Cr e Ni são adicionados os teores em outros elementos afectados dum factor empírico que pese na estabilidade dos parâmetros equivalentes. Aparecem assim duas grandezas denominadas Crómio equivalente e Níquel equivalente; recorrendo-se ao diagrama de Schaeffler pode-se prever a percentagem das fases.

Fig. 10 Diagrama de Schaeffler

A fórmula de cálculo dos dois parâmetros é simples e traduz-se por: Níquel Equivalente (Ni) = %Ni + 30 x %C + 0,5 x %Mn Crómio Equivalente (Cr) = %Cr + %Mo + 1,5% Si + 0,5% Nb Observando o diagrama existirão zonas unifásicas, bifásicas ou trifásicas. Os riscos da existência de cada uma das fases são diversos e relacionam-se com a susceptibilidade à fissuração a quente, fissuração a frio ou tenacidade (eventualmente diminuição de resistência à corrosão).

Diagrana de Schaeffler

Crómio e niquel equivalentes

Cálculo do Crómio e Níquel equivalente

Áreas do diagrama de schaeffler


Aços Inoxidáveis

V. Seferian propôs uma expressão analítica para calcular o teor em ferrite, derivada do diagrama de Schaeffler. %δ = 3 [(Cr) - 0,93 (Ni) - 6,7] O diagrama de Schaeffler permite também um conjunto de simulações extremamente interessantes podendo prever-se outro tipo de estruturas em outros aços inoxidáveis. Além disso é uma ferramenta importante em soldaduras dissimilares, para estudo das soluções possíveis, tendo em conta a heterogeneidade de composições químicas e os factores associados à soldabilidade, como, por exemplo, a taxa de diluição. INFLUÊNCIA DO AZOTO (N). O DIAGRAMA DE DE LONG Os aços inoxidáveis, em particular os austeníticos, têm normalmente um teor em azoto considerável, que é um elemento fortemente austenitizante. De Long propôs um outro diagrama em que teve em conta este elemento (Fig. 11).

Fig. 11 Diagrama de De Long

O cálculo do Níquel Equivalente (Ni) é calculado a partir do valor do níquel tradicional (Ni) afectado pelo efeito do azoto (por um factor 30), ou seja o mesmo que o carbono no diagrama de Schaeffler. Outros elementos que influenciam os domínios das várias fases, podem também entrar no balanço do crómio e níquel equivalentes. O TEOR EM FERRITE Relativamente à soldabilidade operatória dos aços inoxidáveis austeníticos, o principal problema é a fissuração a quente. Este tipo de fissuração é diferente da fissuração a frio e associa-se a fenómenos de difusão e consequente segregação para os limites de grão de elementos e/ou compostos. As características deste tipo de fissuração nos aços inoxidáveis são as seguintes: • Processam-se a temperaturas superiores a 1200°C. • As fissuras são interdendríticas. • As estruturas integralmente austeníticas são mais sensíveis que as bifásicas

(austenite e ferrite). • A susceptibilidade à fissuração diminui com o aumento do teor em ferrite. • Para soldaduras com um dado grau de constrangimento, verifica-se

experimentalmente que há um teor de ferrite δ acima do qual não há fissuração. Dos aspectos equacionados anteriormente, e que derivam de uma análise suficientemente extensa de casos, ressalta que a ferrite δ desempenha um papel importante na fissuração a quente. Este aspecto está na base do desenvolvimento dos

Áreas do Diagrama de Schaeffler

Diagrama de De Long e o efeito do Azoto


Aços Inoxidáveis

diagramas de previsão de estruturas da zona fundida, pois permite prever, com alguma aproximação, as condições de risco de fissuração. PROCESSOS DE SOLDADURA APLICÁVEIS E CONSUMÍVEIS Os aços inoxidáveis podem ser soldados utilizando qualquer processo de soldadura por arco eléctrico. Nas tabelas que se seguem apresentam-se as composições do metal depositado obtidas ao soldar aços austeníticos com diversos consumíveis normalizados. As referências aos consumíveis são referentes às normas AWS.

AWS Classifica-ção (a)

C(b)

Cr

Ni

Mo

Nb+Ta

Mn

Si

P

S

Cu

E307 E308

E308H E308L

E308Mo E308Mo

L E309 E309L

E309Cb E309Mo

E310 E310H E310Cb E310Mo

E312 E316

E316H E316L E317 E317L E318

E320

E320LR(

b)

E330 E330H E347

E349(c,d

) E16-8-2

0.04-0.14 0.08 0.04-0.08 0.04 0.08 0.04 0.15 0.04 0.12 0.12 0.08-0.20 0.35-0.45 0.12 0.12 0.15 0.08 0.04-0.08 0.04 0.08 0.04 0.08

0.07

0.035

0.18-0.25 0.35-0.45 0.08

0.13 0.10

18.0-21.5 18.0-21.0 18.0-21.0 18.0-21.0 18.0-21.0 18.0-21.0 22.0-25.0 22.0-25.0 22.0-25.0 22.0-25.0 25.0-28.0 25.0-28.0 25.0-28.0

25.0-28-0

28.0-32.0 17.0-20.0 17.0-20.0 17.0-20.0 18.0-21.0 18.0-21.0 17.0-20.0

19.0-21.0

9.0-10.7 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-12.0 9.0-12.0

12.0-14.0 12.0-14.0 12.0-14.0 12.0-14.0 20.0-22.5 20.0-22.5 20.0-22.0 20.0-22.0

8.0-10.5 11.0-14.0 11.0-14.0 11.0-14.0 12.0-14.0 12.0-14.0 11.0-14.0

32.0-36.0

32.0-36.0

33.0-37.0 33.0-37.0

0.5-1.5 0.75 0.75 0.75

2.0-3.0 2.0-3.0

0.75 0.75 0.75

2.0-3.0 0.75 0.75 0.75

2.0-3.0 0.75

2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 3.0-4.0 3.0-4.0 2.0-2.5

2.0-3.0

2.0-3.0

0.75 0.75 0.75

0.35-0.65

1.0-2.0

...

...

...

...

...

...

...

... 0.70-1.00

...

...

... 0.70-1.00

...

...

...

...

...

...

... 6 x C mín

p/1.00 máx

8 x C mín p/1.00 máx

8 x C mín p/0.40 máx

...

... 8 x C mín

p/1.00 máx

0.75-1.2 ...

3.3-4.75 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5

0.5-2.5

1.50-2.50

1.0-2.5 1.0-2.5 0.5-2.5

0.5-2.5 0.5-2.5

0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.75 0.75 0.75 0.75 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90

0.60

0.30

0.90 0.90 0.90

0.90 0.60

0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

0.04

0.020

0.04 0.04 0.04

0.04 0.03

0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03

0.03

0.015

0.03 0.03 0.03

0.03 0.03

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

3.0-4.0

3.0-4.0

0.75 0.75 0.75

0.75 0.75

Processos de soldadura aplicáveis aos Aços Inoxidáveis


Aços Inoxidáveis

19.0-21.0

14.0-17.0 14.0-17.0 18.0-21.0 18.0-21.0 14.5-16.5

9.0-11.0

8.0-10.0 7.5-9.5

(a) Sufixo - 15: eléctrodos são classificados com corrente contínua. Sufixo - 16: eléctrodos são classificados com corrente alterna e contínua. Os eléctrodos até 5/32 in. inclusive são utilizáveis em todas as posições. Os eléctrodos de 5/16 in e maiores são utilizáveis apenas nas posições ao baixo e horizontal (cornija). (b) O teor de carbono deve ser arredondado ao centésimo mais próximo; em relação a E320LR, deve arredondar-se ao milésimo mais próximo. (c) Titânio, 0.15% máx. (d) Tungsténio, 1.25 a 1.75%. Fonte: AWS A5.4-85 Todas as percentagens são máximas, a menos que seja indicada outra situação; o total dos outros elementos, excepto o ferro, não excede os 0,50%.

Tabela 3 - Composição química do metal depositado com eléctrodos austeníticos

em soldadura por eléctrodo revestido

AWS Classificaç

ão

C

Cr

Ni

Mo

Nb+Ta

Mn

Si

P

S

Fe

Cu

E307T-X E308T-X E308LT-

X(a) E308MoT-

X E308MoLT

-X(a) E309T-X

E309CbLT-X(a)

E309LT-X(a)

E310T-X E312T-X E316T-X E316LT-

X(a) E317LT-

X(a) E347T-X

E307T-3 E308T-3 E308LT-3 E308MoT-

3 E308MoLT

0.13

0.08 ... 0.08 ... 0.10 ... ... 0.20

0.15

0.08 ... ... 0.08

0.13

0.08

0.0

18.0-20.5 18.0-21.0 18.0-21.0 18.0-21.0 18.0-21.0 22.0-25.0 22.0-25.0 22.0-25.0 25.0-28.0 28.0-32.0 17.0-20.0 17.0-20.0 18.0-21.0 18.0-21-0

9.0-10.5 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-12.0 9.0-12.0 12.0-14.0 12.0-14.0 12.0-14.0 20.0-22.5 8.0-10.5 11.0-14.0 11.0-14.0 12.0-14.0 9.0-11.0

0.5-1.5 0.5 0.5 2.0-3.0 2.0-3.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2.0-3.0 2.0-3.0 3.0-4.0 0.5

0.5-1.5 0.5 0.5 2.0-3.0 2.0-

...

...

...

...

...

... 0.70-1.00 ... ... ... ... ... ...

8 x C min

p/ 1.0 min ... ... ... ... ... ... ...

0.70-1.00 ...

3.3-4.75 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 1.0-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.03

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5


Aços Inoxidáveis

-3

E309T-3 E309LT-3 E309CbLT

-3 E310T-3 E312T-3 E316T-3 E316LT-3 E317LT-3 E347T-3 EXXXT-

G(b)

3 0.08

0.03

0.10

0.03

0.03

0.20

0.15

0.08

0.03

0.03

0.08

...

19.5-22.0 19.5-22.0 19.5-22.0 18.0-21.0 18.0-21.0 23.0-25.5 23.0-25.5 23.0-25.5 25.0-28.0 28.0-32.0 18.0-20.5 18.0-20.5 18.5-21.0 19.0-21.5

...

9.0-10.5 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-12.0 9.0-12.0 12.0-14.0 12.0-14.0 12.0-14.0 20.0-22.5 8.0-10.5 11.0-14.0 11.0-14.0 13.0-15.0 9.0-11.0

...

3.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2.0-3.0 2.0-3.0 3.0-4.0 0.5

...

...

...

...

... 8 x C min

p/1.0 máx ...

3.3-4.75 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 1.0-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5 0.5-2.5

...

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

...

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

0.03

0.04

0.04

0.04

0.04

0.04

...

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

...

rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem

...

0.5

...

(a) Carbono máx. 0.04% quando X é igual a 1; 0,03% máx. quando X é igual a 2. (b) Composição conforme acordado entre o cliente e o fabricante. Fonte: AWS A5.22-80

Todas as percentagens são máximas, a menos que seja indicada outra situação; o total dos outros elementos, excepto o ferro, não excede 0,50%; X indica a classificação que cobre a designação de protecção para as categorias 1 e 2.

Tabela 4 - Composição química do metal depositado com consumíveis

austeníticos em soldadura com fios fluxados


Aços Inoxidáveis

AWS Classificação

C

Cr

Ni

Mo

Nb+Ta

Mn

Si

P

S

N

Cu

ER209(a.b) ER218 ER219 ER240 ER307 ER308(b) ER308H ER308L(b) ER308Mo ER308MoL ER309(c) ER309L ER312 ER316(b) ER316H ER316L(b) ER317 ER317L ER318 ER320LR(c) ER321(d) ER330 ER347(b) ER349(e) ER16-8-2

0.05 0.10 0.05 0.05 0.04-0.14 0.08 0.04-0.08 0.03 0.08 0.04 0.12 0.03 0.15 0.08 0.04-0.08 0.03 0.08 0.03 0.08 0.025 0.08 0.18-0.25 0.08 0.07-0.13 0.10

20.5-24.0 16.0-18.0 19.0-21.5 17.0-19.0 19.5-22.0 19.5-22.0 19.5-22.0 19.5-22.0 18.0-21.0 18.0-21.0 23.0-25.0 23.0-25.0 28.0-32.0 18.0-20-0 18.0-20.0 18.0-20.0 18.5-20.5 18.5-20.5 18.0-20.0 19.0-21.0 18.5-20.5 15.0-17.0 19.0-21.5 19.0-21.5 14.5-16.5

9.5-12.0 8.0-9.0 5.5-7.0 4.0-6.0 8.0-10.7 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-11.0 9.0-12.0 9.0-12.0 12.0-14.0 12.0-14.0 8.0-10.5 11.0-14.0 11.0-14.0 11.0-14.0 13.0-15.0 13.0-15.0 11.0-14.0 32.0-36.0 9.0-10.5 34.0-37.0 9.0-11.0 8.0-9.5 7.5-9.5

1.5-3.0 0.75 0.75 0.75 0.5-1.5 0.75 0.75 0.75 2.0-3.0 2.0-3.0 0.75 0.75 0.75 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 3.0-4.0 3.0-4.0 2.0-3.0 2.0-3.0 0.75 0.75 0.75 0.35-0.65 1.0-2.0

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8 x C min p/ 1.0 máx 8 x C min p/0.40 máx ... ... 10 x C min p/ 1.0 máx 1.0-1.4 ...

4.0-7.0 7.0-9.0 8.0-10.0 10.5-13.5 3.3-4.75 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.5-2.0 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5

0.90 3.5-4.5 1.00 1.00 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.15 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65 0.30-0.65

0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.015 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03

0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.020 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03

0.10-0.30 0.08-0.18 0.10-0.30 0.10-0.20 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 3.0-4.0 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

(a) vanádio 0.10 a 0.30%. (b) Disponível com 0.65 a 1.00% Si. O fabricante deve ponderar cuidadosamente a utilização de metais de adição com alto teor de silício em estruturas austeníticas fortemente constrangidas. (c) Carbono, quase 0.01%; E320LR, quase 0.005%; (d) Titânio, 9 x C min a 1.0 máx.; (e) Titânio 0.10 a 0.30%; tungsténio 1.25 a 1.75%. Fonte: AWS A5.9-81


Aços Inoxidáveis

Todas as percentagens são máximas, a menos que seja indicado outra situação; o total dos outros elementos, excepto o ferro, não excede os 0,50%.

Tabela 5 - Composição química do metal depositado com eléctrodos austeníticos

em soldadura TIG, MIG/MAG e AS GASES DE PROTECÇÃO Para soldar aço inoxidável com processos que envolvem protecção gasosa utiliza-se gás inerte, árgon ou hélio. As misturas são usualmente constituídas por 98 a 99% de gás inerte e 1 a 2% de oxigénio. O dióxido de carbono é um gás que não é utilizado na protecção de aços inoxidáveis, pois há o risco de combinação do crómio com o carbono, originando carbonetos de crómio que precipitam provocando um empobrecimento de crómio no aço, reduzindo consequentemente a resistência do material à corrosão. TRATAMENTOS TÉRMICOS A realização de um tratamento térmico de relaxação de tensões, a uma temperatura entre os 850°C e os 950°C permite reduzir as tensões residuais, o que é particularmente importante no caso de construções em aço inoxidável austenítico que venham a ser expostas, em serviço, a meios ricos em cloretos ou soluções fortemente alcalinas, já que nesses meios este tipo de aço é susceptível à corrosão sob tensão. Na soldadura de aços inoxidáveis austeníticos e austeno-ferríticos é necessário fixar o valor máximo do teor da ferrite no cordão de soldadura em 5-6% devido ao facto de a fase ferrítica poder ser preferencialmente atacada e de a ferrite se poder transformar em fase sigma, fase muito dura, muito frágil e não magnética, quando a soldadura for sujeita a gamas de temperaturas dos 550 - 900 °C, o que vai prejudicar o comportamento da junta soldada. Um modo radical de eliminar os efeitos negativos decorrentes da existência de elevados teores de ferrite numa soldadura, consiste em submeter a peça soldada a um tratamento de hipertêmpera, ainda que com todos os inconvenientes já citados, o qual vai promover a dissolução da ferrite e estabilização da austenite. Para não se correr o risco de formação da fase sigma, nos aços inoxidáveis ferríticos nunca se deverão submeter aços deste tipo a tratamentos térmicos na gama de temperaturas 550 - 850°C, nem mesmo na gama dos 400 - 500°C, pois são sensíveis à chamada "fragilização a 475°C". Na realidade em aços inoxidáveis ferríticos com teores de Cr> 20% pode ocorrer, a temperaturas entre os 550°C e os 850°C, a formação de uma fase Fe Cr (fase sigma) muito dura e muito frágil. O aparecimento desta fase em soldadura é pouco vulgar, já que o tempo necessário para a sua formação é relativamente longo. Nos aços inoxidáveis martensíticos, o uso de pré e pós-aquecimento a temperaturas da ordem dos 200 - 400°C vai permitir a obtenção de estruturas menos frágeis e de durezas mais baixas, de tensões residuais menos elevadas e de um teor de hidrogénio no material fundido relativamente mais baixo, em virtude de uma maior difusão do hidrogénio para o exterior da junta soldada. Será recomendável que a peça soldada seja submetida a um tratamento térmico, normalmente um revenido, a uma temperatura entre os 600°C e os 750°C, o que permite reduzir o nível das tensões residuais e aumentar a ductilidade da junta soldada. No caso de peças em que seja de prever o aparecimento de tensões residuais muito elevadas, é aconselhável que o tratamento térmico seja feito imediatamente a seguir à soldadura, sem deixar que a peça atinja a temperatura ambiente, pois assim reduz-se o risco de fissuração. É porém, necessário deixar arrefecer a junta soldada até uma

Gases de protecção mais utilizados

Aplicações dos Tratamentos Térmicos

Hiper-Têmpera elimina os riscos da ferrite

Fase Sigma

A soldadura dos aços inoxidáveis martensíticos obriga ao uso de pré e pós-aquecimento

Tratamento de relaxamento de tensões


Aços Inoxidáveis

temperatura inferior aos 150°C, de modo a permitir que toda a austenite que se tenha formado no aquecimento se transforme em martensíte. ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO Exercício 1: Já reparou, de certo que os talheres que habitualmente se utilizam nas nossas casas têm um uso quase permanente, sujeitos a um elemento comum que é a água. Como se consegue que esses talheres apresentem sempre um aspecto novo, sem qualquer forma de corrosão? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Exercício 2: Qual a característica principal dos aços inoxidáveis martensíticos? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Exercício 3: Qual a estrutura da zona fundida de um aço inoxidável com: Ni = 14 % Cr = 18 % Mo = 2 % ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________


Aços Inoxidáveis

BIBLIOGRAFIA CADENET, J.J DE; CASTRO, R., "Mètallurgie du Soudage des Aciers Inoxidables et Résistant a Chaud" Dunod - Paris, 1968. PECKENER, D.; BERNSTEIN, I.M., - Handbook of Stainless Steels. SEFERIAN, D.; "Mètallurgie de la Soudure", Dunod, Paris, 1959 Welding Handbook, AWS.

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