Aço Duplex

1 INTRODUÇÃO

Uma categoria de aços inoxidáveis, relativamente nova, denominada duplex e super duplex reune apresentam a combinação adequada de resistências mecânica e à corrosão por pite de forma satisfatória. Esses materiais surgiram na década de 70 nos Esados Unidos e na Europa e somente apartir da década de 90 vem sendo utilizada no Brasil.

O sucesso na obtenção de componentes fundidos em aço inox duplex e super duplex, está relacionado principalmente, em exercer um controle eficaz sobre a precipitação da fase sigma durante o resfriamento de solidificação, pois esse intermetálico reduz de forma acentuada a tenacidade do material.

A fase sigma não é o único intermetálico que precipita na microestrutura dessas ligas; outras fases tais como: fase "Chi" (c), fase "R", fase "G", fase "Tal" (t), Nitretos de cromo com estequiometrias CrN e Cr2N, carbonetos complexos dos tipos: Cr23C6 e Cr7C3, dentre outros, formam-se durante a exposição ao calor.

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 - Aço duplex

Os aços inoxidáveis tradicionais não apresentam a combinação adequada de resistências mecânica e à corrosão por pite, necessárias em uma série de aplicações, principalmente na presença de água do mar, como é o caso de equipamentos utilizados nas plataformas "offshore" (Martins e Casteletti, 200?, p. 01).

Uma categoria de aços inoxidáveis, relativamente nova, denominada duplex e superduplex reúnem essas características de forma satisfatória. Esses materiais surgiram na década de 70 nos Estados Unidos e na Europa e somente apartir da década de 90 vem sendo utilizada no Brasil (Martins e Casteletti, 200?, p. 01).

Apesar de esses aços apresentarem um bom desempenho em serviço, o processo de obtenção de uma peça por meio de fundição é bastante difícil, devido ao fato da metalurgia física desses sistemas serem muito complexa (Martins e Casteletti, 200?, p. 01).

O sucesso na obtenção de componentes fundidos em aço inox duplex e super duplex, está relacionado principalmente, em exercer um controle eficaz sobre a precipitação da fase sigma durante o resfriamento de solidificação, pois esse intermetálico reduz de forma acentuada a tenacidade do material (Martins e Casteletti, 200?, p. 02).

Componentes obtidos pelo processo de fundição, que possuam paredes relativamente espessas (acima de 5 polegadas), resfriam-se, durante a solidificação, de forma muito lenta favorecendo com isso a precipitação em grande escala (acima de 15% em volume) da fase sigma (Martins e Casteletti, 200?, p. 01). .

Os aços inoxidáveis duplex são ligas Fe-Cr-Ni-Mo, contendo até 0,30% em peso de nitrogênio na forma atômica, que apresentam microestruturas bifásicas compostas por uma matriz ferrítica e pela fase austenítica precipitada com morfologia arredondada e alongada (Martins e Casteletti, 200?, p. 01).

A diferença básica entre os aços inoxidáveis duplex e super duplex consiste principalmente nas concentrações de cromo, níquel, molibdênio e nitrogênio que essas ligas apresentam, sendo que alguns desses elementos interferem diretamente na resistência à corrosão por pite, que é uma forma de ataque químico em ambientes contendo íons halogênios, dentre eles destaca-se o íon cloreto (Cl-) (Martins e Casteletti, 200?, p. 02).

Uma maneira de quantificar empiricamente essa propriedade química é através da resistência equivalente à corrosão por pite, ou PREN (Pitting Resistance Equivalent). De acordo com a norma ASTM A890/A890M [2], essa grandeza pode ser calculada de acordo com a expressão (Martins e Casteletti, 200?, p. 02).

PREN = %Cr + [(3,3) x (%Mo)] + [(16) x (%N)]. (1)

Assim, os aços inoxidáveis bifásicos (ferrítico/austenítico) cujos valores do PREN forem da ordem de 35 a 40, constituem a família dos aços inoxidáveis duplex e aqueles cujos PREN forem superiores a 40, constituem a família dos inoxidáveis super duplex (Martins e Casteletti, 200?, p. 02).

2.2 - MICROESTRUTURA DO DUPLEX

Os aços inoxidáveis são classificados, segundo a sua microestrutura, em: aços inoxidáveis austeníticos, aços inoxidáveis ferríticos e aços inoxidáveis martensíticos. Existem outras variantes destes grupos, como, por exemplo, os aços inoxidáveis duplex (que possuem 50% de ferrita e 50% de austenita) e os aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação (Acesita, 2004, p. 01).

As diversas microestruturas dos aços são função da quantidade dos elementos de liga presentes. Existem basicamente dois grupos de elementos de liga: os que estabilizam a ferrita (Cr, Si, Mo, Ti e Nb); e os que estabilizam a austenita (Ni, C, N e Mn). Para facilitar, os elementos de liga com características semelhantes foram agrupados no cromo e no níquel equivalente. A partir deste agrupamento foi construído o diagrama de Schaeffler, que relaciona a microestrutura de um aço trabalhado com a sua composição química. Este diagrama está apresentado na figura 1 (Acesita, 2004, p.01).

A figura 1 apresenta o Diagrama de Schaeffler.

Figura 01: Diagrama de Schaeffler ( Adptado de Acesita, 2004, p.01).

A ferrita, considerada como sendo a matriz para um aço inox duplex e super duplex, consiste de uma fase cristalina composta por uma célula unitária cúbica de corpo centrado (CCC) e a austenita, a fase que precipita normalmente no estado sólido, apresenta uma célula unitária cúbica de face centrada (CFC), conforme figura 02 (Martins e Casteletti, 200?, p. 03).

Os átomos são representados pelo modelo de esferas rígidas e nesses modelos foram considerados apenas os átomos de ferro, que é o elemento predominante nos aços inoxidáveis. É evidente que num aço inox duplex ou super duplex, formam-se soluções sólidas substitucionais tanto na ferrita quanto na austenita, devido às concentrações de cromo, níquel e molibdênio principalmente, bem como soluções sólidas intersticiais, devido às concentrações de carbono e nitrogênio. (Martins e Casteletti, 200?, p. 03).

A figura dois apresentação esquemática as células unitárias CCC e CFC, somente