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Aços Inoxidáveis Duplex Visão geral: da história à metalurgia física Daniel João Generoso 1 Keli Vanessa Salvador Damin 2,3 1 Instituto Federal de Santa Catarina 2 Programa de Pós graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina 3 Metalúrgca Spillere Ltda RESUMO Uma das principais buscas no setor metalúrgico é o controle da corrosão. O desenvolvimento dos aços inoxidáveis significou um grande avanço na fabricação de materiais resistentes à corrosão. Dentre os aços inoxidáveis desenvolvidos, estão os aços inoxidáveis duplex (AID). O AIDs são aços de baixo teor de carbono, ligados principalmente ao cromo, níquel e molibdênio, que possuem composição balanceada de modo a se obter uma microestrutura mista com frações volumétricas aproximadamente iguais de ferrita e austenita. Esta microestrutura faz com que este aço apresente uma combinação favorável das propriedades dos aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, conferindo-lhes uma elevada resistência à corrosão sob tensão se comparados com os aços inoxidáveis austeníticos e uma maior ductilidade do que os aços inoxidáveis ferríticos. O presente trabalho apresenta uma visão geral sobre os aços inoxidáveis duplex, desde o contexto histórico, processos de fabricação, classificação, passando pelas características físicas, mecânicas e metalúrgicas e finalizando com as aplicações no qual este material é submetido. Palavras-chaves: aços inoxidáveis duplex, metalurgia, resistência à corrosão, contexto histórico. 1 INTRODUÇÃO A constante necessidade do ser humano de buscar soluções aos mais diversos inconvenientes gerados na aplicação dos materiais o fez evoluir. O reflexo desta evolução é facilmente identificado nos materiais e tecnologias que nos cercam. Dentro do setor metalúrgico, uma das principais buscas é o controle da corrosão. A aplicação de revestimentos protetores, como tintas e revestimentos metálicos, é uma alternativa bastante difundida, entretanto, para algumas situações, a aplicação de desses revestimentos não é economicamente viável e, além disso, não oferecem a proteção suficiente. O desenvolvimento dos aços inoxidáveis significou um grande avanço na fabricação de materiais resistentes à corrosão. Os aços inoxidáveis são aços de alta liga, cujas bases são os sistemas Fe-Cr, Fe-Cr-C e Fe-Cr-Ni, contendo no mínimo 10,5% de cromo em solução sólida de modo que quando expostos a atmosfera contendo oxigênio formam uma camada passiva de óxidos que impede o contato do metal base com a atmosfera agressiva [1,2]. Figura 1: Representação de camada passivada

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Aços Inoxidáveis Duplex Visão geral: da história à metalurgia física

Daniel João Generoso1

Keli Vanessa Salvador Damin 2,3

1Instituto Federal de Santa Catarina 2Programa de Pós graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina 3Metalúrgca Spillere Ltda

RESUMO

Uma das principais buscas no setor metalúrgico é o controle da corrosão. O desenvolvimento

dos aços inoxidáveis significou um grande avanço na fabricação de materiais resistentes à

corrosão. Dentre os aços inoxidáveis desenvolvidos, estão os aços inoxidáveis duplex (AID).

O AIDs são aços de baixo teor de carbono, ligados principalmente ao cromo, níquel e

molibdênio, que possuem composição balanceada de modo a se obter uma microestrutura

mista com frações volumétricas aproximadamente iguais de ferrita e austenita. Esta

microestrutura faz com que este aço apresente uma combinação favorável das propriedades

dos aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, conferindo-lhes uma elevada resistência à

corrosão sob tensão se comparados com os aços inoxidáveis austeníticos e uma maior

ductilidade do que os aços inoxidáveis ferríticos. O presente trabalho apresenta uma visão

geral sobre os aços inoxidáveis duplex, desde o contexto histórico, processos de fabricação,

classificação, passando pelas características físicas, mecânicas e metalúrgicas e finalizando

com as aplicações no qual este material é submetido.

Palavras-chaves: aços inoxidáveis duplex, metalurgia, resistência à corrosão, contexto

histórico.

1 INTRODUÇÃO

A constante necessidade do ser humano de buscar soluções aos mais diversos

inconvenientes gerados na aplicação dos materiais o fez evoluir. O reflexo desta evolução é

facilmente identificado nos materiais e tecnologias que nos cercam.

Dentro do setor metalúrgico, uma das principais buscas é o controle da corrosão. A

aplicação de revestimentos protetores, como tintas e revestimentos metálicos, é uma

alternativa bastante difundida, entretanto, para algumas situações, a aplicação de desses

revestimentos não é economicamente viável e, além disso, não oferecem a proteção suficiente.

O desenvolvimento dos aços inoxidáveis significou um grande avanço na fabricação

de materiais resistentes à corrosão. Os aços inoxidáveis são aços de alta liga, cujas bases são

os sistemas Fe-Cr, Fe-Cr-C e Fe-Cr-Ni, contendo no mínimo 10,5% de cromo em solução

sólida de modo que quando expostos a atmosfera contendo oxigênio formam uma camada

passiva de óxidos que impede o contato do metal base com a atmosfera agressiva [1,2].

Figura 1: Representação de camada passivada

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2

Fonte: [21]

Há uma ampla variedade de aços inoxidáveis com níveis progressivos de resistência à

corrosão, resistência ao calor e resistência mecânica. Estas propriedades são resultado da

adição controlada de elementos de liga, que originam atributos específicos com relação à

resistência mecânica e a possibilidade de resistir a diferentes ambientes [1].

Diferentemente de outros materiais, cuja classificação é feita com base na composição

química, nos aços inoxidáveis a classificação é feita de acordo com a microestrutura presente

[3]. Desta forma os aços inoxidáveis podem ser classificados em cinco famílias: ferríticos,

martensíticos, austeníticos, endurecíveis por precipitação e duplex.

Nos aços inoxidáveis ferríticos o principal elemento de liga é o cromo, com teores

típicos entre 12 e 17%, teor de carbono baixo e estrutura cristalina cúbica de corpo centrado.

Os aços inoxidáveis austeníticos são os maiores, em termos de número de ligas e de

utilização [1]. São ligas não-magnéticas de ferro-cromo-níquel, com baixo teor de carbono.

Os martensíticos são ligas de ferro-cromo, contendo de 12 a 14% de cromo, e com

uma concentração de carbono que permite a transformação de ferrita em austenita e da

austenita em martensita durante o tratamento térmico de têmpera. Estes aços são resistentes à

corrosão somente na condição de temperados [2].

Os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação são ligas de ferro, cromo (12 a

17%), níquel (4 a 8%) e molibdênio (0 a 2%) contendo adições de Al, Cu, Ti e /ou Nb. Estas

ligas primeiramente são solubilizadas e depois sofrem o tratamento de envelhecimento que

permite a precipitação de compostos intermetálicos que endurecem o material [4].

Os aços inoxidáveis duplex (AID) são aços de baixo teor de carbono, ligados

principalmente ao cromo (18 a 27%), níquel (4 a 7%) e molibdênio (0 a 4%), que possuem

composição balanceada de modo a se obter uma microestrutura mista com frações

volumétricas aproximadamente iguais de ferrita e austenita [4, 5, 6,7]. Esta microestrutura

mista faz com que este aço apresente uma combinação favorável das propriedades dos aços

inoxidáveis ferríticos e austeníticos, conferindo-lhes uma elevada resistência à corrosão sob

tensão se comparados com os aços inoxidáveis austeníticos e uma maior ductilidade do que os

aços inoxidáveis ferríticos. A sua tenacidade situa-se entre a dos aços inoxidáveis austeníticos

e ferríticos, além de apresentarem uma elevada tensão de escoamento que permite a

fabricação de componentes de paredes finas com alta resistência mecânica, possibilitando

uma redução da quantidade de material e de tempos de soldagem [4, 8, 9].

Neste trabalho, serão abordadas as características, aplicações e processamento dos

aços inoxidáveis duplex.

2 HISTÓRIA

A primeira referência sobre aço inoxidável duplex surgiu em 1927 quando Bain e

Griffith relataram seus resultados em um sistema Fe-Cr-Ni e mencionaram a existência de um

campo compreendendo duas fases: austenita e ferrita [20]. Na década de 30, na companhia

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francesa Jacob Holtzer, um erro na adição de materiais de liga no processo de fabricação de

aço inox do tipo 18% Cr – 9% Ni – 2,5% Mo resultou numa composição química contendo

20% Cr – 8% Ni – 2,5% Mo, que promoveu uma alta fração volumétrica de ferrita numa

matriz austenítica [20]. O material foi patenteado em 1935.

A Suécia realizava pesquisas e produções industriais de aços duplex paralelamente

(período entre 1930 – 1940). Registros datando esta mesma época foram encontrados nos

Estados Unidos descrevendo aços inoxidáveis austeníticos contendo grandes frações

volumétricas de ferrita. Isto indica que essa nova família de aços inoxidáveis foi estudada,

patenteada e comercializada simultaneamente na França, Suécia e Estados Unidos [17].

Em 1937, na França, foram patenteados os aços inoxidáveis duplex, sob a

denominação de "Novas Ligas Inoxidáveis" contendo cobre como elemento de liga. A adição

de cobre melhoraria a resistência à corrosão em muitos meios agressivos [17].

Já em 1940, os aços inoxidáveis duplex contendo cobre como elemento de liga

receberam também molibdênio a sua composição, descrevendo um novo processo que

envolvia tratamento térmico na faixa de 400 a 500oC e possibilitava o endurecimento do

material sem afetar sua resistência à corrosão ou causar fragilidade [17].

A “Compagnie des Ateliers et Forges de La Loire” desenvolveu o aço denominado

UR50 com uma estrutura bifásica, em que o alto valor para o limite de escoamento (maior que

400MPa) e excelente resistência à corrosão fez dele o principal candidato para aplicações em

campos tais como produção de sal, refinamento de petróleo, indústrias alimentícia, indústrias

de papel e celulose, indústrias farmacêuticas, entre outras [17].

Em 1947 a marinha francesa adotou como padrão para fabricação de seus navios uma

liga de inox duplex denominada de UR50 que trazia na composição 21% de Cr, 7% de Ni,

2,5% de Mo, 1,5% de Cu e 0,07% de N [17, 20]. Nessa mesma época, foi desenvolvido

também um aço inoxidável duplex, de nome comercial URANUS CH, com um teor de

nitrogênio em torno de 0,2% em peso e com um limite de escoamento da ordem de 530MPa

na condição solubilizada, devido ao efeito de endurecimento causado pelo nitrogênio e

carbono. Como não era possível manter controle preciso sobre teores de oxigênio, enxofre e

carbono, o produto final, principalmente produtos planos apresentavam quantidades elevadas

de trincas [17, 20].

De 1950 a 1970, foram realizados extensivos estudos sobre trabalhabilidade a quente,

soldabilidade e resistência à corrosão dos aços inoxidáveis duplex, e sobre a resposta

estrutural à tratamentos térmicos e termomecânicos [17].

A introdução dos processos de refinamento VOD (Vacuum Oxygen Decarburisation) e

AOD (Argon Oxygen Decarburisation) nos anos 70 possibilitou o controle dos níveis de

elementos residuais tais como oxigênio, enxofre, carbono e outros e com isso permitiu

assegurar faixas composicionais estreitas e dessa forma ter controle sobre as frações de ferrita

e austenita [17, 20].

Desde então e até década de 80, o desenvolvimento dos duplex deu-se muito

rapidamente. Os melhoramentos aplicados aos duplex devem-se, essencialmente, à

necessidade de melhorar a sua resistência à corrosão, a sua vazabilidade e mesmo a sua

soldabilidade.

3 ASPECTOS GERAIS

3.1 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

O aço inoxidável duplex é basicamente produzido pela fusão da matéria-prima em

forno elétrico a arco (FEA). Devido ao fato do FEA ser inapropriado para diminuir o teor de

carbono do banho até o nível exigido pelo aço inoxidável, após a fusão o aço líquido é vazado

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para uma cuba de refino. Este refino pode ser obtido por meio dos processos AOD e VOD.

Ambos os processos tem como objetivo promover a oxidação seletiva do carbono através de

uma injeção de uma mistura dos gases argônio e oxigênio (processo AOD), ou somente de

oxigênio (processo VOD) [11, 12].

Esta é a etapa mais crítica no processo de fabricação, isto porque a descarburação

ocorre por meio da injeção de oxigênio no banho metálico que reage com o carbono formando

CO (C + O = CO) e sai do líquido reduzindo o teor de carbono do banho, porém o oxigênio

também pode reagir com o Cr para formar um óxido estável através da reação 2Cr + 3O =

Cr2O3, provocando a perda de cromo para a escória [12].

3.2 CLASSIFICAÇÃO

A classificação dos aços inoxidáveis duplex (AID) pode ser feita de acordo com a sua

composição química:

1) Aços inoxidáveis dúplex de baixa liga: é a classe mais econômica dos duplex

por não possuir molibdênio e menores teores de liga. Exemplo: SAF 2304 [10].

2) Aços inoxidáveis dúplex de média liga: apresentam resistência à corrosão

superior aos aços inoxidáveis austeníticos comuns. É a classe mais utilizada

dentre os duplex estando entre eles o SAF 2205 [10].

3) Aços inoxidáveis dúplex de alta liga: também são conhecidos como aços

inoxidáveis superduplex, dentre eles o mais comum é o SAF 2507. Apresentam

resistência à corrosão similar aos superausteníticos que possuem entre 5 e 6% de

molibdênio [10].

A Tabela 1 apresenta a composição química dos AID mais comuns.

Tabela 1 - Composições típicas (%) dos aços inoxidáveis duplex mais comuns

Nome

comum UNS

W. Nr.

(EM) C máx. Cr Ni Mo N Outros

AISI329 S32900 1.4460 0,08 23-28 2,5-5,0 1-2

Não

esp. -

3RE60 S31500 1.4417 0,03 18-19 4,3-5,2 2,5-3 0,05-0,1 -

2304 S32304 1.4362 0,03

21,5-

24,5 3-5,5 0,05-0,6 0,05-0,2 -

2205 S31803 1.4462 0,03 21-23 4,5-6,5 2,5-3,5 0,1-0,22 -

F55 S32760 1.4501 0,03 24-26 6-8 3-4 0,2-0,3 Cu=0,7

W=0,7

2507 S32750 1.4410 0,03 24-26 6-8 3-5 0,2-0,3 Cu=0,5

Fonte: [4].

4 METALURGIA DOS AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX

Os aços inoxidáveis duplex são baseados no sistema Fe-Ni-Cr. As composições

químicas destes aços são ajustadas de tal modo que a microestrutura final do metal consiste

em frações volumétricas praticamente iguais de ferrita e austenita [11]. A microestrutura

duplex pode ser obtida através do balanceamento dos elementos de liga e de tratamento

térmico ou termomecânico. O balanceamento dos elementos de liga, nos aços inoxidáveis

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dúplex tem, por objetivo, controlar os teores de elementos estabilizadores de austenita

(gamagênicos), tais como níquel, carbono, nitrogênio e de elementos estabilizadores da ferrita

(alfagênicos), cromo, molibdênio e silício. Esses elementos constituem a composição química

dos duplex.

A figura 2 apresenta uma secção isotérmica (650ºC) do diagrama ternário que poderá

revelar as fases presentes neste sistema quando considerados apenas os três elementos puros

Fe-Cr-Ni [9]. Basicamente, são encontradas quatro fases no sistema; austenita (γ) com

estrutura CFC, ferrita α e α` (ricas em Cr) ambas com estrutura CCC e fase sigma (σ), fase

intermetálica não magnética com estrutura tetragonal [9].

Figura 2: Isoterma do diagrama Fe-Cr-Ni à 650oC

Fonte: [13]

O ajuste da composição química para obter uma microestrutura bifásica pode ser feita

a partir dos conceitos de cromo e níquel equivalentes, inicialmente propostos por Schaeffler e

aprimorados por De Long [6]. Na década de 50, Schaeffler desenvolveu um diagrama, figura

3, que relaciona a composição química do aço inoxidável com a microestrutura obtida. Desta

forma, aplicando os critérios de cromo e níquel equivalente obtém-se as estruturas presentes

nos aços à temperatura ambiente [6]. Define-se cromo equivalente como o conjunto de

elementos que estabilizam a fase ferrita e, de forma análoga, o níquel equivalente como o

conjunto de elementos que estabilizam a fase austenítica [6, 9].

Creq = %Cr + %Mo + 1,5 x %Si + 0,5 x Nb

Nieq = %Ni + 30 x (%C + %N) + 0,5 x Mn

Figura 3: Diagrama de Schaeffler

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6

Fonte: [11]

4.1 EFEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA

A seguir serão descritas as principais funções dos elementos presentes num aço

inoxidável duplex:

Cromo: é o principal elemento responsável pela a resistência à oxidação devido à

formação de um filme passivante quando em contato com a atmosfera. A velocidade no qual é

formado o filme depende do teor em cromo [9]. Para se formar um filme passivante estável o

cromo deve estar presente em um percentual mínimo de 10,5% [6]. A figura 4 ilustra a

influência do cromo na resistência a corrosão.

Figura 4: Efeito do teor crescente de Cr na resistência à corrosão atmosférica de ligas Fe-Cr

Fonte: [6].

O cromo aumenta ainda a resistência mecânica e à fluência. No entanto, é um forte

promotor da fase sigma (σ) [9], um composto de estrutura tetragonal, duro e frágil. A fase

sigma forma-se no contorno de grão, removendo cromo dessa região, diminuindo resistência à

corrosão intergranular. A sua transformação, no equilíbrio, ocorre na faixa de temperatura

entre 820 e 475oC, figura 5. Uma das formas de evitar a formação da fase sigma seria o

resfriamento rápido pela faixa de temperatura de transformação [3].

Figura 5: Diagrama de equilíbrio Fe-Cr

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7

Fonte: [11].

Níquel: favorece a formação da austenita. Em associação ao cromo melhora a

resistência à corrosão do aço inoxidável. Além disso, o níquel exerce uma importante ação

nas ligas com elevados teores de cromo, sobre a zona de estabilidade da fase sigma,

provocando seu deslocamento até regiões com menores quantidades de cromo [6].

Molibdênio: age como estabilizador da ferrita aumenta a passividade e a resistência

química dos aços inoxidáveis, sobretudo na presença de cloretos, à qual a passividade do

cromo é pouco estável [6]. Similar ao cromo, também é um forte formador da fase sigma [9].

Melhora a resistência à corrosão por pites [11].

Nitrogênio: geralmente adicionado como um elemento de liga a fim de acelerar a

formação da austenita e estabilizá-la a altas temperaturas, aumenta a resistência à corrosão por

pites, a resistência mecânica, a tenacidade e retarda a cinética de precipitação da fase sigma

[6, 11]. Contudo deve-se tomar cuidado para não ultrapassar a solubilidade do nitrogênio em

ligas Fe-Cr-Ni (Figura 6), pois pode causar porosidades no material.

Figura 6: Solubilidade do N em ligas Fe-Cr-Ni no estado líquido a 1600°C

Fonte: [14].

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8

Carbono: é um elemento estabilizador da fase austenita da mesma forma que o

nitrogênio. A figura 7 mostra o efeito austenitizante de ambos os elementos num diagrama Fe-

Cr-Ni.

Figura 7: O efeito austenitizante do N e do C através dos diagramas isotérmicos a 1200 oC

Fonte: [14].

4.2 MICROESTRUTURA

Como já dito anteriormente, os AID apresentam uma microestrutura bifásica,

composta de ferrita e austenita, mas para os AID, obtidos pelo processo de fundição em

moldes de areia, torna-se praticamente impossível evitar a precipitação da fase sigma durante

a solidificação, devido à baixa velocidade de resfriamento. Contudo é possível minimizar a

sua fração volumétrica na microestrutura através de conceitos metalúrgicos e do

conhecimento sobre os efeitos de cada elemento químico na cinética de precipitação desses

intermetálicos [17]. A figura 8 mostra a uma estrutura típica dos aços inoxidáveis duplex.

Figura 8: Microestrutura típica de um aço inoxidável duplex SAF2205, aumento de 400X

Fonte: [10].

O tratamento térmico de solubilização, seguido por resfriamento em água, promove a

dissolução da fase sigma e de outros intermetálicos desde que seja executado adequadamente,

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9

pois se trata de difusão atômica, sendo em função de duas variáveis: tempo e temperatura

[17]. A temperatura de solubilização para a maior parte dos AID está dentro da faixa de 1000

a 1150ºC [15].

A maioria dos AID solidifica na forma ferrítica e dependem da transformação de

estado sólido para se transformarem parcialmente em austenita. Esta transformação está

intimamente ligada à composição química e ao tempo e temperatura de difusão [9,18]. A

figura 9 evidencia isto num diagrama psedo-binário para uma liga Fe-Cr-Ni, com teores fixos

de Fe, onde observa-se que o primeiro sólido formado é a ferrita delta. [11].

Figura 9: Secção psedo-binária do diagrama ternário Fe-Cr-Ni, com (a) 70% de Fe e (b) 60%

de Fe

Fonte: [11].

Em temperaturas abaixo de 1000ºC os aços inoxidáveis duplex não são estáveis e

vários compostos podem se formar [15]. Como pode-se observar na figura 10, as regiões de

precipitação estão claramente relacionadas às adições de molibdênio, cromo e tungstênio.

Estes elementos tornam os aços mais propensos a transformar a ferrita em fases intermetálicas

(sigma-σ e chi-χ), nitretos, carbonetos e entre outros [18].

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10

Figura 10: Precipitações de fases típicas que podem ocorrer em aços duplex

Fonte: [18]

Uma das transformações mais populares é a decomposição espinoidal da ferrita em α´.

Esta decomposição consiste na separação da ferrita em teores baixo e alto de cromo em uma

escala muito pequena. Esta transformação acontece principalmente entre 475 e 280°C.

Observa-se também um endurecimento subsequente e a fragilização da ferrita [18].

A fase sigma apresenta elevada dureza (chegando a 940HV ou 68HRC) e se forma

principalmente devido a exposições em temperaturas de 700ºC a 900ºC [16]. A fase sigma

precipita nas interfaces ferrita/austenita e cresce em direção à ferrita, que fornece elementos

de liga (cromo e molibdênio) para sua formação. A presença dessa fase deteriora a tenacidade

ao impacto e por ser rica em cromo (30% em peso) e molibdênio (8% em peso) diminui a

resistência à corrosão nas adjacências desde precipitado [17]. A figura 11 mostra um AID

com tratamento térmico de precipitação de fase σ a 700ºC durante aproximadamente 4 horas

[9].

Figura 11: AID com precipitação de fase sigma na interface austenita-ferrita

Fonte: [9].

Outra fase intermetálica é a Chi. Ela é rica em cromo e molibdênio, sendo uma fase

indesejável por ser frágil e apresentar efeitos nocivos sobre as propriedades mecânicas e de

resistência à corrosão [19].

4.3 PROPRIEDADES MECÂNICAS

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11

Os AIDs apresentam comportamento superplástico, indicado pelas grandes e

uniformes deformações às quais podem ser sujeitos sem a formação de estricção em

temperaturas próximas à metade da temperatura de fusão dos mesmos. A superplasticidade

estrutural é causada pela presença de uma estrutura muito refinada, obtida durante a

transformação de parte da fase ferrítica para a combinação de estrutura austenítica/ferrítica

[23]. A microestrutura de um aço inoxidável duplex está representada na figura 8.

A combinação entre os elevados valores de alongamento da austenita com o elevado

limite de escoamento da ferrita nos AIDs forma um conjunto de notáveis propriedades

mecânicas. Os aços inoxidáveis duplex apresentam elevado limite de escoamento, na ordem

de duas vezes o valor dos aços austeníticos. Além disso, apresenta um alongamento mínimo

em torno de 25%. O comportamento mecânico dos aços inoxidáveis duplex está intimamente

relacionado com a característica de cada fase, por isso o balanceamento entre as frações

volumétricas de austenita e ferrita deve estar próximo de 50% para cada uma das fases, a fim

de se maximizar as propriedades mecânicas [10]. A Tabela 2 compara as propriedades

mecânicas dos aços inoxidáveis de microestrutura duplex com os aços inoxidáveis

austeníticos [10].

Tabela 2: Comparação entre as propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis de

microestrutura duplex com as ligas austeníticas

Fonte: [10]

4.4 PROPRIEDADES FÍSICAS

Os AID apresentam menores coeficientes de expansão térmica, similares ao dos aços

inoxidáveis ferríticos, o que os tornam aconselháveis para uso em condições de ciclos

térmicos, em temperaturas de aplicação menores do que 300°. A condutividade térmica é

maior do que nos aços inoxidáveis austeníticos, a qual, em conjunto com a baixa expansão

térmica, os torna bons candidatos à utilização em trocadores de calor. São fortemente

magnéticos devido à presença de ferrita [21].

4.5 SOLDABILIDADE

Nos aços inoxidáveis duplex a presença de duas fases pode dificultar que estas fases

sejam mantidas pelo efeito dos ciclos térmicos de soldagem. Nos ciclos térmicos, a

temperatura varia desde a zona de fusão onde ocorrem fenômenos durante a solidificação até

o metal adjacente à solda na zona afetada pelo calor onde ocorrem transformações no estado

sólido. As propriedades da solda dependem da composição química, do procedimento e

processo de soldagem e do balanço entre a austenita e a ferrita na microestrutura. Este balanço

pode ser ajustado pela alteração da composição química do metal de adição e pelo controle da

temperatura durante a soldagem. O principal objetivo quando aços inoxidáveis são unidos por

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12

soldagem é manter sua resistência à corrosão na zona fundida (ZF) e na zona termicamente

afetada [22].

Os AIDs apresentam boa soldabilidade, desde que parâmetros de soldagem e

especificação de materiais de adição sejam obedecidos. Em particular, um resfriamento muito

rápido potencializa um teor muito elevado de ferrita e a precipitação de nitretos de cromo na

ZTA e ZF, o que prejudica a tenacidade e a resistência a corrosão da solda. Por outro lado, um

resfriamento muito lento e a manutenção por tempos longos a temperaturas entre cerca de

1000 e 600°C pode levar a precipitação de compostos intermetálicos que também prejudicam

as propriedades mecânicas e químicas da região soldada [22].

4.6 RESISTÊNCIA À CORROSÃO

A resistência à corrosão dos AIDs é promovida pela existência de uma película

passivante muito aderente que protege a superfície do aço no ambiente a que estiver exposto

[9,10]. Essa propriedade está relacionada, principalmente, aos elementos de liga, embora

fatores como tamanho de grão, distribuição e morfologia de inclusões, precipitação de fases e

qualidade da superfície também exerçam influência [10].

Dentre os mecanismos de corrosão mais comuns está a corrosão por pites. Nos aços

inoxidáveis a susceptibilidade à corrosão por pites pode ser relacionada com o índice PRE

(pitting resistance equivalent) baseando-se unicamente na composição química do material de

acordo com a equação [9,10]:

PRE = %Cr + 3.3 x (%Mo) + 16 x (%N)

Outros autores ainda propõem mudanças no cálculo do índice PRE, levando em

consideração o efeito de outros elementos sobre a resistência à corrosão. A figura 12 compara

os valores típicos de PRE dos AID e dos demais aços inoxidáveis.

Figura 12: Valores de PRE para diversos aços inoxidáveis

Fonte: [18].

Devido ao fato dos AID serem formados por duas fases com composições diferentes, o

PRE global destes aços não tem grande significado, devendo-se então procurar o PRE de cada

fase. A fase que apresentar o menor PRE será a que determinará o comportamento do material

[9,10].

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A corrosão intergranular também pode ocorrer num AID devido a precipitação da fase

sigma que, por ser rica em cromo, empobrece de cromo a região onde o precipitado se formou

(contorno de grão).

5 APLICAÇÕES

Os aços inoxidáveis duplex foram desenvolvidos para atender às necessidades da

indústria química e petroquímica, que necessitam de materiais mais resistentes que os aços

inoxidáveis comuns, tanto aos meios corrosivos, quanto às altas temperaturas e pressões [21].

Os aços inoxidáveis duplex surgiram da necessidade de uso em situações onde exige-se, além

de resistência à corrosão, uma boa resistência mecânica, alta tenacidade e ductilidade,

combinando assim as qualidades dos aços ferríticos e austeníticos.

Tem aplicação na indústria:

Química: vasos de pressão, trocadores de calor, reatores, bombas, tanques de produtos

químicos.

De óleo e gás: resfriadores, blocos de pressão, bloco de válvulas.

Petroquímica: reatores tubulares com revestimento de aço carbono, unidades de

dessanilização e destilação, carcaças de bombas de dessulfuração, tubulação para meios

contendo Cl e Hcl.

Papel e celulose: Digestores, pré-aquecedores, evaporadores, equipamentos de

branqueamento contendo cloretos.

Nuclear: Sistemas de recirculação e refrigeração.

Outra importante área de aplicação dos duplex é a da indústria naval, em que uma

grande parte dos navios cisterna é construída para o transporte de produtos químicos variados.

Estes produtos são frequentemente corrosivos o que exige uma enorme preocupação na

escolha do material de construção a ser empregado [9].

6 CONCLUSÃO

Os AIDs são basicamente produzidos pela fusão da matéria- prima em forno elétrico a

arco (FEA). Devido ao fato do FEA ser inapropriado para diminuir o teor de carbono do

banho até o nível exigido pelo aço inoxidável, após a fusão o aço líquido é vazado para uma

cuba de refino. Este refino pode ser obtido por meio dos processos AOD e VOD.

Os aços inoxidáveis duplex combinam elevada resistência mecânica e resistência à

corrosão. Esta característica é obtida em uma microestrutura bifásica, composta de ferrita e

austenita e combina as melhores propriedades de ambas as fases como imunidade à corrosão

sob tensão e boa soldabilidade.

Figura 13: Encaixe de tubulações usados na indústria offshore e tubulações

Fonte: [20]

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Foram desenvolvidos como alternativa aos aços inoxidáveis austeníticos para

aplicações onde estes não obtêm desempenhos satisfatórios como, por exemplo, em meios

contendo cloretos ou em situações que se requerem elevadas propriedades de resistência

mecânica e de resistência à corrosão por pites, como na indústria petroquímica.

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Miemm. 2008. Monografia - Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais,

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

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materiais, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo.

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Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Setor de Tecnologia da Universidade Federal do

Paraná.

[22] MODENESI. Paulo J. Soldagem de ligas metálicas. Minas Gerais, 2001, 28 p.

Universidade Federal de minas Gerais, Departamento de Engenharia Metalúrgica e de

Materiais.

[23] Laboratório de Materiais do Centro Universitário da FEI. Disponível em

http://fei.edu.br/~rodrmagn/PROJETOS_IC/relat2002/GHD2.pdf. Acesso em 30/10/2013.