18 de julho de 2022
Aços com a denominação duplex são materiais que apresentam duas fases em sua estrutura, e apresentam propriedades únicas. Normalmente são aços com teores de Cr acima de 20% e de C muito baixos, classificando esses aços como inoxidáveis. Uma das principais propriedades é a resistência a corrosão por trabalho com materiais clorados, e também resistência a corrosão pela maresia, tornando um ótimo material para ser aplicado em tubulações off-shore.
As ligas duplex e super duplex inoxidáveis apresentam em sua composição química principalmente Cr e Ni, com elevados teores de Cr, e com alguns elementos de liga em menores quantidades. A quantidade de C nesses aços é muito baixa, apresentando valores entre 0,03-0,05%. Abaixo uma lista dos principais aços com essas características [1].
Estes aços são utilizados em aplicações que exigem resistência a corrosão por pite [2], sendo uma opção em relação os aços inoxidáveis convencionais. Segundo a norma ASTM A890/A890M, existe a propriedade de resistência a corrosão por pite, PREN, calculada pela seguinte equação [2, 3]:
PREN = %Cr + [(3,3) x (%Mo)] + [(16) x (%N)] (1)
Esse valor nos fornece uma base de qual aço, listado acima, por exemplo, atende as necessidades da aplicação. No caso, variam entre 35 e 40 o valor do PREN [1, 2], onde a ordem de 35 é para os aços duplex e a ordem de 40 é para os aços super duplex [2].
O nome duplex é atribuído, pois os materiais apresentam duas fases, ferrita e austenita [2], sendo a ferrita com 50% de fração volumétrica [2]. Assim, podemos dizer que estes aços são soluções sólidas, com a precipitação da austenita em temperatura ambiente [2].
Os elementos da liga que estabilizam a ferrita nos fornecem valores para poder calcular a porcentagem desta fase no material, de acordo com a norma ASTM A800/A800M [2, 4]. Assim, consideramos os elementos Niequivalente como os elementos que contribuem para a estabilização da austenita e Crequivalente os elementos estabilizadores da ferrita [2, 4].
Na indústria de óleo-gás, a exploração e desenvolvimento são direcionados para os reservatórios profundos com altas pressões, ao exemplo o Pré-sal, no Brasil. As peças utilizadas devem resistir a altas temperaturas e ambientes extremamente corrosivos. Isso exige que os materiais utilizados tenham uma boa combinação de resistência extra-alta e excelente resistência à corrosão [5].
Para enfrentar esses desafios, os aços inoxidáveis hiper duplex foram recentemente desenvolvidos. Esses materiais têm teores de nitrogênio de até cerca de 0,5% e valores PREN próximos a 50, e mostram a maior resistência à corrosão e a maior resistência entre os aços inoxidáveis duplex existentes [5].
Como dito antes, os aços duplex são materiais que apresentam uma combinação de excelente resistência à corrosão e altas propriedades mecânicas em comparação com os aços inoxidáveis austeníticos ou ferríticos, especialmente os aços inoxidáveis super duplex, [6].
Eles têm sido amplamente utilizados na indústria de petróleo e gás, e devido à sua alta relação propriedade/custo, os aços inoxidáveis super duplex tornaram-se uma alternativa a outros materiais de alto desempenho, como aços inoxidáveis superausteníticos e ligas à base de Ni, e tiveram aplicações ou experiências muito bem sucedidas de cerca de 20 anos na indústria de petróleo e gás [7].
Com a exploração dos poços mais profundos, a espessura da parede do material do tubo usado pode precisar aumentar e o material também pode precisar de revestimento para proteção adicional contra corrosão. O problema é que o aumento da espessura da parede também aumentará a tensão no material devido ao seu próprio peso [5]. Uma vez que atinge sua tensão admissível, não pode ser aumentado mais o comprimento.
Outro problema é que o aumento da espessura da parede também pode aumentar os custos da instalação. Isso mostra claramente os desejos por novas ligas com resistência ainda maior do que as dos aços inoxidáveis superduplex existentes [5]. Nas demais áreas, são necessários novos aços inoxidáveis duplex de alta liga com uma combinação de excelente resistência à corrosão e maior alta resistência.
O teor de nitrogênio nova ligas é de cerca de 0,5%, para poder atender as demandas apresentadas. Eles têm valores PREN próximos a 50 sem sacrificar a capacidade de fabricação e agora são designados como aço inoxidável hiper duplex, também denominados HDSS. Essas novas ligas apresentam maior resistência à corrosão por pite ou maior CPT e maior resistência entre os modernos DSS [5, 7] existentes.
Esses novos materiais têm um limite de escoamento 20% superior ao do aço inoxidável super duplex e uma temperatura de serviço de até 90°C [5]. Paredes mais finas e instalações mais leves permitem alcançar e operar poços ultraprofundos que anteriormente eram muito caros ou muito complexos para explorar. Ao mesmo tempo, a janela de temperatura e pressão aumenta. Este artigo fornecerá uma visão geral sobre aços inoxidáveis super e hiper duplex, microestrutura, propriedades e aplicações.
Figura 1 – Limite de escoamento de aços inoxidáveis. [5]
De maneira geral, os aços super duplex podem ser aplicados em:
Conteúdo não pode ser publicado ou redistribuído sem prévia autorização. Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin
Referências
[1] Villares Metals – https://www.villaresmetals.com.br/pt/Produtos/Acos-Inoxidaveis/Duplex-e-Super-Duplex
[2] MARTINS, Marcelo; CASTELETTI, Luiz Carlos. Obtenção e caracterização dos aços inoxidáveis dúplex e superdúplex. Fundição e Serviços, São Paulo, v. 17, n. ja 2007, p. 108-119, 2007.
[3] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS – ASTM A890/A890M-91. Standard practice for castings, iron-chromium-nickel-molybdenum corrosion resistant, duplex (austenitic/ferritic) for general application. Annual Book of ASTM Standards. Easton. V.01.02. Ferrous Castings; Ferroalloys. p.556-569, 1999.
[4] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS – ASTM A800/A800M-91. Standards practice for steel casting, austenitic alloy, estimating ferrite content thereof. Annual Book of ASTM Standards. Easton. V.01.02. Ferrous Castings; Ferroalloys. p.458-463, 1999.
[5] Guocai Chail, Pasi Kangas, Super and hyper duplex stainless steels: structures, properties and applications, Procedia Structural Integrity, Volume 2, 2016, Pages 1755-1762, ISSN 2452-3216, https://doi.org/10.1016/j.prostr.2016.06.221.
[6] Charles, J., 1991, Super duplex stainless steel, in Proc. Conference on DSS ’91, Les Ulis, France, Les Editions de Physique, 3, 3-48.
[7] Chai, G., Kangas, P., (2011), New hyper duplex stainless steels, in Porc. Duplex stainless steels 2010, 1043-1054.