UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. Dissertação de Mestrado

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA Dissertação de Mestrado ESTUDO DO EFEITO DO APORTE TÉRMICO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MICROESTRUTURAIS DO AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX UNS S EM CHAPA GROSSA, SOLDADO PELO PROCESSO GMAW. Autor: Antonio Marcos Borba Roldão Orientador: Professor Alexandre Queiroz Bracarense, PhD. Belo Horizonte Maio / 2010

2 ii Antônio Marcos Borba Roldão ESTUDO DO EFEITO DO APORTE TÉRMICO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MICROESTRUTURAIS DO AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX UNS S EM CHAPA GROSSA, SOLDADO PELO PROCESSO GMAW. Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais, como requisito parcial a obtenção de título de Mestre em Engenharia Mecânica. Área de concentração: Processos de Fabricação/Soldagem. Orientador: Prof. Dr. Alexandre Queiroz Bracarense. Departamento de Engenharia Mecânica, UFMG. Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG 2010

3 iii Aos meus pais, Antonio Roldão da Silva e Maria de Lourdes Borba Roldão

4 iv A Deus. AGRADECIMENTOS A meus pais, aos filhos Thais e Thalles. Aos filhos Thais e Thalles pelo carinho e paciência. A esposa Lia Lacerda, pelo incentivo, paciência e carinho. Ao professor Alexandre Queiroz Bracarense pela orientação, toda atenção dedicada e apoio durante todo desenvolvimento do Mestrado. Ao Max A. Damazio pelo apoio, incentivo e compreensão para permitir iniciar o curso em paralelo com jornada de trabalho. Ao Ricardo A. Faria pela orientação, paciência e apoio e toda a atenção dedicada. Aos profissionais do PPD Centro de pesquisa da ArcelorMittal Inox Brasil apoio e amizade oferecidos, em especial: Ricardo José, Alexandre e Tarcísio Oliveira. Aos colegas de trabalho da Engenharia de Manutenção da ArcelorMittal Inox Brasil, em especial ao Willian Carvalho, Valdir Quintão, Alberto H. Hibino, Dimas Olímpio e Helio Antônio. A empresa ArcelorMittal Inox Brasil pela doação do material, utilização dos laboratórios e pela liberação do tempo para desenvolvimento, incentivo e todo apoio recebido, inclusive subsídio financeiro. A empresa Sandvick pela doação do consumível aplicado no trabalho e pela atenção dedicada. E a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho

5 v SUMÁRIO AGRADECIMENTOS... iv SUMÁRIO... v NOMENCLATURA... vii LISTA DE FIGURAS... viii LISTA DE TABELAS... x LISTA DE QUADROS... xi LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS... xii RESUMO... xv ABSTRACT... xvii 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA AÇO INOXIDÁVEL Sistema de classificação Composição química básica Propriedades mecânicas representativas Resumo das características de cada tipo de aço inoxidável Resumo do comportamento a soldagem dos aços inoxidáveis AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX LAMINADOS Microestrutura Propriedades Físicas Propriedades Mecânicas Resistência à Corrosão Corrosão por Pite Corrosão sob tensão Aplicações dos aços inoxidáveis duplex Aplicações em óleo e gás Desenvolvimento de chapas grossas e suas aplicações PRECIPITAÇÃO NOS AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX Estabilidade estrutural dos aços duplex Fase Sigma (σ) Nitretos de Cromo (Cr 2 N CrN) Fase Laves (η ) Fase Chi (χ) Fragilização a 475 ºC (α = alfa linha) Carboneto de Cromo (M 23 C 6 ) SOLDABILIDADE DOS AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX Técnica de Soldagem Processo de Soldagem Variáveis do processo Metal de Adição Preaquecimento Temperatura entre passes (Tep) Aporte térmico de soldagem Outros parâmetros importantes do processo de soldagem GMAW Metalurgia da soldagem dos aços inoxidáveis duplex Zona fundida (ZF) em função da composição química Zona termicamente afetada (ZTA)... 45

6 2.5 SOLDAGEM MULTIPASSES SOLDAGEM DE CHAPA FINA 2 DE AÇO INOXIDÁVEL DUPLEX OBJETIVO METODOLOGIA EXPERIMENTAL MATERIAIS Materiais da 1ª e 2ª fases Definição do gás de proteção METODOS Método da 1ª fase Método da 2ª fase Preparação para ensaios mecânicos RESULTADOS RESULTADOS DA 1ª FASE Produção de cordões sobre chapa Soldagem da junta de topo com chanfro K Soldagem da junta de topo com o chanfro X RESULTADOS DA 2ª FASE C1: Condição de baixa energia de soldagem (0,85 kj/mm) e temperatura entre passes menor que 150 ºC Monitoramento do ciclo térmico da soldagem com baixa energia e temperatura entre passes menor que 150 ºC Soldagem com alta energia (acima de 2 kj/mm) C2: Condição de alta energia de soldagem (2,50 kj/mm) e temperatura entre passes menor que 150 ºC C3: Condição de alta energia de soldagem (2,51 kj/mm) e temperatura entre passes maior que 150 ºC Resultados dos ensaios Resultados da microscopia óptica Medição de microdureza Medição das frações de ferrita e austenita nas juntas soldadas Ensaio de tração CONCLUSÕES SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS vi

7 vii NOMENCLATURA HRB Dureza (Rockwell B) HV Dureza (Vickers) LE Limite de Escoamento (MPa) LR Limite de Resistência (MPa) # Granulometria da Lixa (mesh) α Fragilização a 475ºC γ 2 α T σ δ γ Austenita secundária Ferrita alfa Gradiente de temperatura Fase sigma Ferrita delta Austenita

8 viii LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Corrosão de aços ao cromo expostos por 10 anos a uma atmosfera... 4 Figura 2 - Microestrutura do aço inoxidável duplex (UNS S31803) Figura 3 - Resistência ao impacto dos aços inoxidáveis duplex e 316L Figura 4 - Expansão térmica x 10-6 / ºC dos aços inoxidáveis duplex (SENATORE, 2007).. 13 Figura 5 - Tensão vs. deformação verdadeiras aço duplex. (FONTES, 2009) Figura 6 - Limite de escoamento e dependência com a temperatura. (FONTES, 2009) Figura 7 - Dependência do limite de escoamento de aços inoxidáveis Figura 8. Dependência do limite de resistência com a percentagem Figura 9 : Dependência da energia de impacto de aços inoxidáveis Figura 10 : Resistência à CST, solução neutra contendo cloretos (SENATORE, 2007) Figura 11. Principais aplicações dos aços inoxidáveis duplex [SUTTO, 2003]. Corrigido Figura 12. Principais produtos expedidos em Figura 13. Modelo de nucleação e crescimento da fase σ durante a Figura 14. Diagrama TTP de formação de fase sigma para aço inoxidável duplex Figura 15. Formação da fração volumétrica da fase sigma em aço inoxidável Figura 16. Precipitação isotérmica de fase sigma (tempo temperatura Figura 17. Amostra envelhecida (aço UNS S32750), a 950 C por 4 horas, atacada Figura 18. Diagrama de SCHAEFFLER [AWS A ] modificado Figura 19. Representação esquemática dos grupos de aços inoxidáveis Figura 20. Repartição térmica esquemática numa junta soldada correlacionada Figura 21. Curvas de precipitação de fases para aços inoxidáveis duplex Figura 22. Fluxograma da metodologia experimental Figura 23. Efeito do Ni sobre o diagrama pseudobinário Figura 24. Desenho da geometria da junta de topo e chanfro em K Figura 25. Montagem junta de topo e chanfro em X Figura 26. Desenho esquemático da posição de montagem dos termopares Figura 27. Instalação dos termopares antes da soldagem (a) e situação após soldagem (b) Figura 28. Desenho esquemático do sentido de corte das amostras Figura 29. Corpo de prova cilíndrico conforme norma DIN ou DIN EN Figura 30. Desenho esquemático da medição fração das fases na ZTA junta Figura 31. Desenho esquemático da medição fração das fases na ZTA junta Figura 32. Desenho esquemático da medição fração das fases na ZTA junta Figura 33. Desenho esquemático dos pontos de medição de microdureza Figura 34. Relação entre energia de soldagem e fração de ferrita Figura 35. Cordões sobre chapa Figura 36. Relação entre energia soldagem, penetração e reforço do cordão Figura 37. Equipamento soldagem MIG/MAG (a) e equipamento de alimentação arame (b). 64 Figura 38. Posicionamento da tocha no chanfro em K Figura 39. Posicionamento da tocha no chanfro em K Figura 40. Defeito de falta de fusão na face da raiz da junta soldada Figura 41. Cordões de solda (a) falta de fusão da raiz e face da raiz (b) Figura 42. Desenho esquemático da junta com a solda de raiz (a), a aplicação de extração da raiz na raiz (b) e a junta preenchida ainda apresentando o defeito de falta de fusão (c) Figura 43. Montagem junta de topo e chanfro em X Figura 44. Configuração da seqüência dos cordões Figura 45. Variação da posição do arame para enchimento da raiz (a) e segundo passe(b) Figura 46. Configuração do chanfro em (a), fusão da raiz (b) e cordão de acabamento (c) Figura 47. Desenho esquemático da seqüência de passes da junta soldada

9 Figura 48. Ciclo térmico da soldagem condição C Figura 49. Fusão excessiva da raiz (a) e vazamento do metal fundido com posterior Figura 50. Desenho esquemático da seqüência de soldagem Figura 51. Desenho esquemático da seqüência de soldagem Figura 52. Ciclo térmico da soldagem Figura 53. Curvas de precipitação de fases para aços inoxidáveis duplex Figura 54. Medição de corrente e tensão durante a soldagem junta 3 condição C Figura 55. Microestrutura do metal base (aumento 200x) Figura 56. Macrografia das regiões da junta 1 (aumento 8x) Figura 57. Macrografia das regiões da junta 2 (aumento 8x) Figura 58. Macrografia das regiões da junta 3 (aumento 8x) Figura 59. Junta 1 na ZTA - passe enchimento (a), junta 2 na ZTA passe enchimento (b) e junta 3 na ZTA- passe enchimento (c). Todas as fotos com aumento 500x Figura 60. Junta 1 ZTA - passes enchimento (a) (aumento 50x), Junta 2 ZTA- passe enchimento (b) (aumento 50 x) e Junta 3 ZTA- passe de enchimento (c) (aumento 200 x) Figura 61. Junta 1 na ZF entre 2 e 3 passes (a), junta 2 na ZTA do 2 passes (b) Figura 62. Junta 1 ZF - cordão 7 (enchimento). Aumento 200x Figura 63. Junta 3 ZF - cordão 3 (enchimento). Aumento 200x Figura 64. Região da ZTA das juntas 1(a), 2(b), e 3(c) todas na região do passe 2 (enchimento/acabamento). Aumento 200 x Figura 65. Variação da microdureza na ferrita e austenita, MB, ZF e ZTA, junta Figura 66. Variação da microdureza na ferrita e austenita, MB, ZF e ZTA, junta Figura 67. Variação da microdureza na ferrita e austenita, MB, ZF e ZTA junta Figura 68. Variação da microdureza na ferrita para as condições C2 e C Figura 69. Fração de ferrita e austenita da junta Figura 70. Fração da fase ferrita e austenita da junta Figura 71. Fração de ferrita e austenita da junta Figura 72. Relação do aporte térmico com fração de ferrita e austenita Figura 73. Desenho esquemático da junta soldada (a) e direção de fratura no CP (a) e Figura 74. Corpo de prova de tração, após o ensaio Figura 75. Relação entre resistência mecânica e aporte térmico Figura 76. Relação entre alongamento e aporte térmico ix

10 x LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Composição química básica dos aços inoxidáveis... 6 Tabela 2 - Propriedades mecânicas (mínimas) dos aços inoxidáveis... 7 Tabela 3 - Composição química dos principais aços inoxidáveis Tabela 4 - Propriedades físicas dos aços inoxidáveis Tabela 5 - Comparação das propriedades mecânicas (valores mínimos) (NILSSON, 1997).. 14 Tabela 6 - Relação de percentual de cromo com resistência a oxidação Tabela 7 - PRE de alguns aços inoxidáveis Tabela 8 - Principais fases secundárias dos aços inoxidáveis duplex Tabela 9 Cálculo da taxa de resfriamento (teórica) Tabela 10. Composição química média (% massa) do UNS S Tabela 11. Composição química média (% massa) do AWS ER Tabela 12. Dimensões padronizadas para corpo de prova de tração Tabela 13. Parâmetros de soldagem Tabela 14. Resultados da soldagem dos cordões sobre chapa (UNS S31803) Tabela 15. Parâmetros de soldagem nos laboratórios da UFMG e ArcelorMittal Inox Tabela 16. Parâmetros do primeiro cordão no chanfro em K Tabela 17. Parâmetros de soldagem para enchimento do chanfro em K, junta de topo Tabela 18. Parâmetros para obtenção de maior energia de soldagem Tabela 19. Parâmetros iniciais de soldagem para chanfro em X Tabela 20. Parâmetros para soldagem da junta 1, condição C Tabela 21. Parâmetros do teste para cordões iniciais com alta energia de soldagem Tabela 22. Parâmetros para soldagem da junta 2, condição C Tabela 23. Parâmetros para soldagem da junta 3, condição C Tabela 24. Cálculo da taxa de resfriamento (aplicando temperaturas coletadas) Tabela 25. Valores de microdureza no metal base (MB) para ferrita e austenita Tabela 26. Valores de microdureza no Metal Base, ZF e ZTA Tabela 27. Valores de microdureza no Metal Base, ZF e ZTA da amostra Tabela 28. Valores de microdureza no Metal Base, ZF e ZTA da junta Tabela 29. Limites de escoamento (0,2 %) e resistência à tração Tabela 30. Comparação entre valores de alongamento... 96

11 xi LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Elementos alfagêneos e gamagêneos... 5 Quadro 2. Características dos grupos de aços inoxidáveis (FEDELE et al., 1999)... 8 Quadro 3 - Problemas na soldagem dos aços inoxidáveis (BALSAMO, 2000)... 8 Quadro 4 - Efeitos causados pelos elementos de liga nos aços inox duplex (WEBER, 2004). 28

12 xii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABM ACESITA AISI Al AID AOD ARCELORMITTAL ASME Ar ASM ASTM AWS Bar BEHARA CHARPY C CCC CFC Chi CP CO 2 Cr Cr 23 C 6 Cr 2 N CrO 3 CST Cu do d1 d2 DBCP Associação Brasileria de Metalurgia e Materiais Aços Especiais Itabira American Iron and Steel Institute Alumínio Aço Inoxidável Duplex Argon Oxygen Decarburization Siderúrgica ArcelorMittal American Society of Mechanical Engineers Argônio American Society of Metals American Society for Testing and Materials American Welding Society Unidade de pressão Reagente Behara Ensaio de impacto Charpy Carbono Cúbica de Corpo Centrado Cúbica de Face Centrada Fase intermetálica no aço inoxidável duplex Corpo de Prova Gás Carbônico Cromo Carboneto de Cromo Nitreto de Cromo Oxido de Cromo Corrosão sob Tensão Cobre Diâmetro do corpo de prova Diâmetro do ombro do corpo de prova. Diâmetro da cabeça. Distância do bico de contato até a peça

13 xiii D.L. Direção de laminação D.S. Direção de soldagem DUPLEX Aço inoxidável duplex E ab FCAW Fe FN g GMAW h Energia absorvida pela chapa (J/mm) Flux Cored Arc Welding Ferro Número de ferrita Comprimento da cabeça Gas Metal Arc Welding Comprimento do ombro. H+ Íons de Hidrogênio He Hélio K Condutividade térmica do metal (J/mm. s. o C) kgf Kilograma força kj KiloJoules kj/mm KiloJoules por minuto Lt Comprimento Total Lc Comprimento Paralelo Lo Comprimento original LF Linha de Fusão L Low Carbon LRSS Laboratório de Robótica Soldagem e Simulação da UFMG MAG Metal Active Gas MEV Microscópio eletrônico de varredura MB Metal Base Mn Manganês MIG Metal Inert Gas Mo Molibdênio MOTOMAN SK6 Robô Motoman modelo SK6 N Nitrogênio NaOH Reagente NaOH Nb Nióbio O 2 p.p.m. Oxigênio Partes por milhão

14 xiv PRE Pitting Resistance Equivalente R Velocidade de resfriamento ( o C /s) Si Silício SAF Sandvik Austenitic Ferritic STICK-OUT Extensão do eletrodo Tr Temperatura que se deseja calcular a velocidade de resfriamento ( o C) Ti Titânio To Temperatura inicial da chapa ( o C) TTDF Temperatura de Transição Dúctil-Frágil T EP UNS UFMG USP VICKERS X ZF ZTA Temperatura entre passes Unifield Numbering System Universidade Federal de Minas Gerais Universidade de São Paulo Dureza Vickers Chanfro em X ou duplo V Zona Fundida Zona Termicamente Afetada

15 xv RESUMO Os Aços Inoxidáveis, em especial os aços inoxidáveis duplex, apresentam boas propriedades mecânicas e de corrosão, por isso são aplicados principalmente nos setores químicos, petroquímico e de papel e celulose. Considerando a fabricação de peças e componentes e ainda atividades de reparo e recuperação, faz-se necessário a realização de soldagens, onde é imperativa a aplicação de critérios e procedimentos adequados, sob o risco de perda das vantagens referentes às propriedades de resistência mecânica e de corrosão. Este trabalho tem como motivação gerar informações técnicas sobre a soldabilidade dos aços inoxidáveis duplex, em especial a formação de fases indesejáveis (sigma). O objetivo principal é analisar a influência do aporte térmico (energia soldagem + temperatura entre passes) no balanço de fases, na microestrutura e limites de resistência mecânica em juntas soldadas dos aços inoxidáveis duplex UNS S31803, em chapa grossa (16 mm), considerando o processo GMAW (com gás de proteção, argônio com 2% de oxigênio) e como consumível o AWS ER 2209 de diâmetro 1,20 mm. As publicações disponíveis (MESSER; OPREA; WRIGHT, 2008) atualmente informam que, para manutenção da condição de inoxidável duplex e não formação de fases intermediárias, em especial a fase sigma, devem ser aplicadas energias de soldagem entre 0,5 kj/mm e 2,5 kj/mm com temperatura entre passes (T EP ) de até 150 ºC. Importante ressaltar que todas as recomendações se aplicam a chapa com espessura menor que 10 mm, considerada chapa fina. Para conhecer os efeitos das transformações na microestrutura e consequentemente nas propriedades mecânicas, a produção das juntas foi divida em três condições: C1 = 0,85 kj/mm com temperatura entre passes (T EP ) menor que 150 ºC C2 = 2,5 kj/mm com temperatura entre passes (T EP ) menor que 150 ºC C3 = 2,51 kj/mm e temperatura entre passes (T EP ) maior que 150 ºC Como principal critério para a obtenção desses níveis de energia, priorizou-se a variação da velocidade de soldagem (velocidade da tocha). A ZF apresentou estrutura típica de aço inoxidável duplex, com equilíbrio entre as frações de ferrita e austenita. Na morfologia o aumento do aporte térmico não proporcionou variações

16 dignas de discussão. Observou-se a presença de ferrita e austenita nas formas alotrimórfica de contorno de grão, austenita de Windmanstatten e austenita intragranular. xvi Na ZTA e ZF de todas as juntas, ocorreram pequenas alterações nos valores de microdureza, limite de resistência à tração e limite de escoamento, em função do aumento do aporte térmico nas juntas soldadas. Essas variações não foram consideradas significativas quando comparadas ao metal base. Em relação à microestrutura da ZTA, todas as juntas apresentaram estrutura mais grosseira (grãos maiores) nos passes de enchimento, principalmente nas condições C2 e C3. A pequena dimensão da largura da ZTA foi o ponto que se destacou positivamente para essa região, a condição C3 que apresentou a maior largura, mediu em média 330 µm, considerada pequena em relação a outras famílias de aços inoxidáveis. A grande influência do maior aporte térmico para o material e espessura analisada, foi o volume de fração de ferrita na ZTA. A junta C1 com menor aporte térmico e consequentemente maior velocidade de resfriamento, não ocorreu a formação equilibrada de ferrita/austenita. O valor de 78 % de ferrita caracterizou a ZTA dessa junta como ferrítica, possivelmente comprometendo as propriedades de corrosão e de tenacidade. Para a junta C2, o maior aporte térmico ainda não foi suficiente para garantir maior volume de ferrita na ZTA (valor final de 73%). Para as juntas C1 e C2, deverá ser aplicado preaquecimento para reduzir a taxa de resfriamento. Apenas a junta da condição C3 apresentou propriedades aceitáveis para aço inoxidável duplex em relação ao volume de fração de ferrita na ZTA (valor final de 71%). Para todas as juntas não ocorreu a formação da fase sigma na ZTA ou na ZF. Considerando todas as análises realizadas, a junta da condição C3 é indicada como a condição mais favorável para soldagem de chapa grossa de aço inoxidável duplex UNS S Palavras-chave: Energia Soldagem, Duplex, Sigma.

17 xvii ABSTRACT The Stainless steel, especially the ones of duplex grade, present good mechanical and corrosion properties, therefore they are applied mainly in the chemical, petrochemical and paper and cellulose sectors. Keeping in mind the manufacturing of parts and components, and in addition, repair and recovery activities, it is necessary to accomplish welding, where the application of criteria and proper procedures are essential, under the risk of loss of the advantages regarding the mechanical and corrosion resistance properties. The motivation for this work is to generate technical information on the weldability of the duplex stainless steels, in particular the formation of undesirable phases (sigma). The main objective is to analyze the influence of the thermal contribution (energy welding + temperature between passes) in the balance phases, in the microstructure and limits of mechanical resistance in welded joints of stainless steels duplex UNS S31803, in thick plate (16 mm), taking into consideration the GMAW process (with protection gas, argon with 2% of oxygen) and as consumable AWS ER 2209 of 1.20 mm diameter. The available publications (MESSER; OPREA; WRIGHT, 2008) currently report that, in order to maintain the duplex stainless condition and the non formation of intermediate phases, especially the sigma phase, welding energies between 0,5 kj/mm and 2,5 kj/mm should be applied with temperature between passes (TEP) of up to 150 ºC. It is important to emphasize that all recommendations apply to the plates with lower thickness (less than 10 mm), regarded as thin. In order to know the effects of the transformations in the microstructure and consequently in the mechanical properties, the production of the joints was divided into three conditions: C1 = 0,85 kj/mm with temperature between passes (T EP ) lower than 150 ºC C2 = 2,5 kj/mm with temperature between passes (T EP ) lower than 150 ºC C3 = 2,51 kj/mm and temperature between passes (T EP ) greater than 150 ºC As main criterion for obtaining those levels of energy, the variation of the welding speed was given priority (torch speed). ZF presented typical structure of duplex stainless steel, with balance between austenite and ferrite phases. In the morphology the increase of the thermal contribution did not provide variations worthy of discussion. It was observed the presence of ferrite and austenite in the allotrimorphic form of grain boundary, Widmanstätten-type austenite and intragranular-type austenite.

18 xviii In the heat affected zone (ZTA) and fusion zone (ZF) of all joints, some small alterations took place in the microhardness values, resistance limit to traction and drainage limit, due to the increase of the thermal contribution in the welded joints. Those variations were not regarded as significant when compared to the metal base. In relation to the ZTA microstructure, all joints presented rougher structure (larger grains) in the stuffing passes, mainly in the C2 and C3 conditions. The small dimension of the ZTA width was the positive point positively emphasized for that area, the C3 condition that presented greater width, measured 330µm on average, considered to be small in relation to other stainless steel families. The great influence of the largest thermal contribution for the analyzed material and thickness was the ferrite fraction volume in ZTA. As for the C1 joint with smaller thermal contribution and consequently greater cooling speed, it did not promote the balanced formation of ferrite/austenite. The value of 78% of ferrite characterized the ZTA of that joint as ferrite, jeopardizing the resistance, corrosion and probably, tenacity properties. For the C2 joint, the largest thermal contribution was still not enough to guarantee greater ferrite volume in ZTA (final value of 73%). For the C1 and C2 joints, preheating should be applied to reduce the cooling range. Only the joint of the C3 condition presented acceptable properties for duplex stainless steel in relation to the volume of ferrite fraction in ZTA (final value of 71%). For all the joints there was no formation of the sigma phase in ZTA or in ZF. Thus, considering all analyses carried out, the joint of the C3 condition is indicated as the most favorable condition for welding of thick plate of duplex stainless steel UNS S Key words: Energy, Sigma, Ferrite.

19 1 INTRODUÇÃO Os aços inoxidáveis duplex apresentam uma estrutura composta por ferrita e austenita, possuem excelente resistência à corrosão intergranular, localizada, e à corrosão sob tensão (POHL, 1995; DAVISON e REDMOND, 1990) e resistência mecânica maior do que a dos aços inoxidáveis austeníticos comuns. Este conjunto de propriedades tem permitido a sua aplicação em ambientes altamente agressivos (GIRALDO, 2001). Existem vários tipos de aços inoxidáveis duplex, nesse trabalho, foi utilizado o aço inoxidável duplex UNS S No Brasil, a utilização destes materiais cresceu a partir da década de 90. Se a soldagem não for executada com os devidos cuidados, as vantagens dos aços inoxidáveis duplex sobre os aços inoxidáveis tradicionais podem ser perdidas (GIRALDO, 2001). Portanto, uma grande importância tem sido dada a este tema, nos quais têm ocorrido estudos relacionados às mudanças microestruturais acontecidas na zona afetada pelo calor (ZTA), submetida à temperatura elevada no metal de solda e seu efeito no desempenho da junta soldada. Com isto, na soldagem dos aços inoxidáveis duplex, deve-se obter um controle dos parâmetros de soldagem para a junta possuir a estrutura metalográfica típica do aço inoxidável duplex (SENATORE, 2007) e não formar fases intermediarias indesejáveis, principalmente a fase sigma. Com a formação de fases intermediarias seria necessário o tratamento térmico pós-soldagem (TTPS) aumentando os custos e a possibilidade de falhas em serviço. O balanço estrutural é essencial para performance dos aços inoxidáveis duplex (MUTHUPANDI, 2003). Nos aços inoxidáveis duplex, a energia de soldagem ou aporte térmico e a taxa de resfriamento, influenciam diretamente as transformações microestruturais e o desempenho da junta soldada (ECKENROD e PINNOW, 1984). Considerando como metal base a liga UNS S31803 na condição laminada, recozida e soldada, através do processo GMAW, trabalhou-se no sentido de avaliar as juntas (3) soldadas com 3 (três) aportes térmicos classificados como alto (2,50 kj/mm e 2,51 kj/mm) e baixo (0,85 kj/mm). A melhor combinação de resistência mecânica (tração) e resistência a corrosão, considera a fração volumétrica de ferrita entre 30% e 60% para o MB, 35% a 65% para ZF e ate 70% para a ZTA (MESSER; OPREA; WRIGHT. 2008). Logo, este trabalho tem como objetivo

20 2 verificar os efeitos na junta soldada, em relação ao balanço de fases, microestrutura da ZTA e ZF e resistência mecânica (tração). Devido à aplicação crítica à qual este aço é submetido, é de extrema importância conhecer o processo de fabricação do mesmo e quais são os fatores que podem interferir em suas propriedades de forma a se evitar que haja qualquer incidente durante a sua utilização. Por isso, o estudo do efeito do aporte térmico e da formação das fases intermetálicas nos aços inoxidáveis duplex, aprofunda-se cada vez mais, na busca por resultados ainda mais exigentes.

21 3 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A revisão bibliográfica contempla alguns fundamentos relacionados aos aços inoxidáveis duplex e suas diversas modalidades de classificações em função de suas microestruturas, corrosão, processos de soldagem e técnicas metalográficas, os quais são temas que dizem respeito ao escopo deste trabalho. Sendo o aço inoxidável duplex UNS S31803 o objeto desta pesquisa, apresentar-se-á ainda nesta revisão bibliográfica aspectos relativos à sua composição química, metalurgia de soldagem, efeito do gás de proteção e do aporte térmico nos aspectos metalúrgicos e nas propriedades mecânicas das juntas soldadas. 2.1 AÇO INOXIDÁVEL Os aços inoxidáveis são ligas ferrosas que contêm pelo menos de 10 a 12% em peso de cromo (MODENESI, 2001), conforme FIG. 1, podendo possuir outros elementos em sua composição. A sua denominação de inoxidável se deve à resistência à corrosão em meios aquosos na presença de inúmeros agentes orgânicos e minerais agressivos, sendo sua resistência à corrosão atmosférica um caso particular, e a altas temperaturas (CASTRO E CADENET, 1975). A presença de um filme fino (1-3 nm) aderente e contínuo de óxido hidratado na superfície do metal é a responsável pela resistência à corrosão dos aços inoxidáveis. Este filme passivador tem como principal constituinte o Cr, por ser facilmente oxidado, mas pode possuir também outros elementos em sua constituição, dependendo da composição química do aço inoxidável e do ph do meio no qual está exposto. Seu crescimento na superfície do aço ocorre em segundos ou minutos ao ar ou em meio oxidante (OLSSON e LANDOLT, 2003), entretanto, alto teor de cromo pode afetar adversamente as propriedades mecânicas, soldabilidade e a adequação para aplicações envolvendo exposição térmica. (ASM Handbook, 1993).

22 4 Figura 1 - Corrosão de aços ao cromo expostos por 10 anos a uma atmosfera industrial (CHIAVERINI, 1977). Sob certas condições severas de serviço (meios agressivos, temperaturas elevadas, presença de tensões trativas, etc.), esse filme protetor pode ser dissolvido ou rompido localizadamente, podendo proporcionar, caso não seja resgatado, a corrosão do aço. Genericamente, outras propriedades e características são associadas a estes aços, como resistência mecânica elevada, manutenção de propriedades mecânicas a altas temperaturas e a baixas temperaturas, baixa rugosidade superficial facilitando sua limpeza e acarretando uma aparência higiênica, forte apelo estético (MODENESI, 2001). Assim, sua utilização está baseada, geralmente, em aplicações cuja exigência principal é a elevada resistência ao ataque químico por diferentes meios. Entretanto, inúmeras aplicações são possíveis para esses aços a partir das outras propriedades e características descritas, sendo então encontrados principalmente na indústria química e alimentícia, bem como na fabricação de bens duráveis, peças de cutelaria, instrumentos de precisão, e outras. Além de seus componentes principais, ferro (Fe) e cromo (Cr), os aços inoxidáveis contêm teores de carbono. Quanto maior for o teor de carbono mais cromo deve estar presente, devido ao fato do carbono consumir cromo para a formação de carbonetos (ACESITA, 2009; ASM HANDBOOK, 1992).

23 5 Os elementos de liga adicionados aos aços inoxidáveis podem ser divididos em duas categorias quanto ao seu poder de estabilizar as fases ferrita e austenita: Elementos ferritizantes ou alfagênicos - são assim denominados por aumentarem o campo de estabilidade da fase ferrita (CCC), δ ou α. Elementos austenitizantes ou gamagênicos - são responsáveis pelo aumento do campo de estabilidade da fase austenita (CFC), γ nos aços inoxidáveis. O QUADRO 1 apresenta os principais elementos e sua influência. Quadro 1 - Elementos alfagêneos e gamagêneos Ferritizante Austenitizante Cr Mo Ti Ni Cu Si Al Nb C N V W B Mn Co Sistema de classificação Os aços inoxidáveis são normalmente designados pelos sistemas de numeração AISI (American Iron and Steel Institute), UNS (Unified Numbering System) ou por identificação própria do fabricante da liga. Entre estes, o sistema AISI é o mais utilizado e sua classificação consiste de três dígitos. A série UNS, sistema conjunto da ASTM (American Society for Testing and Materials) e SAE (Society of Automotive Engineers), apresenta um maior número de ligas classificadas que a AISI, porque incorpora todos os da série AISI e os de desenvolvimento mais recente. Neste sistema, os aços inoxidáveis são representados pela letra S, seguida de cinco algarismos. Os três primeiros dígitos representam seu similar AISI, caso seja classificado. Os dois últimos dígitos serão 00 se for um aço comum da designação AISI, e se não, isso significa que o aço tem alguma característica especial reconhecida pela UNS. Os aços inoxidáveis são classificados segundo cinco categorias, de acordo com a microestrutura, estrutura cristalina das fases presentes ou tratamento térmico utilizado, sendo essas:

24 6 Ferríticos; Martensíticos; Austeníticos; Duplex; Endurecíveis por precipitação. Entre todos os sistemas, a AISI é o mais utilizado (LULA, 1989). Nele, a maioria dos tipos de aços inoxidáveis possui uma classificação com três dígitos. Os aços austeníticos fazem parte das séries 200 e 300, enquanto que a série 400 designa os aços ferríticos e também os martensíticos Composição química básica Considerando a divisão dos aços inoxidáveis conforme citado no item classificação, cada família se identifica com a seguinte composição química (ASM Handbook Metallography and Microstructures, 1992), conforme apresentado na TAB.1. Tabela 1 - Composição química básica dos aços inoxidáveis Tipo de aço C (%) Cr (%) Outros (%) Ferriticos 0,12 10,5 a 30 Martensiticos 0,1 a 1 12 a 17 Austeniticos 17 a 25 8 a 20 Ni Duplex (1) 18 a 28 4,5 a 8 Ni 2,5 a 4 Mo 0,16 a 0,18 N Endurecíveis por precipitação Podem ter uma matriz austenítica ou martensítica, com adições de Al, Cu, Ti, Mo, Nb e/ou N, C. Outros elementos de liga estão presentes na composição dos aços inoxidáveis. Eles são adicionados para atender objetivos específicos de acordo com as exigências de aplicação do material. (1) Conforme Australian stainless steel development association, 2007.

25 Propriedades mecânicas representativas Na TAB. 2 apresentam-se os principais tipos de aço inoxidáveis e suas respectivas propriedades mecânicas (lavores mínimos). Todos os valores da tabela têm referencia nos produtos da empresa SANDVIK(SANDVIK STEEL, 1999). Tabela 2 - Propriedades mecânicas (mínimas) dos aços inoxidáveis Tipo Aço Limite resistência (MPa) Limite escoamento (MPa) LE 0,2% Alongamento 50 mm (%) AISI AISI AISI 409 L AISI SAF ~ UNS S ~ SAF ~ Fonte: SANDVIK STEEL 1999, duplex stainless steels Resumo das características de cada tipo de aço inoxidável No QUADRO 2 são apresentados os diversos tipos de aços inoxidáveis e suas principais características físicas, mecânicas e quanto à resistência a corrosão.

26 8 Quadro 2. Características dos grupos de aços inoxidáveis (FEDELE et al., 1999) Resumo do comportamento a soldagem dos aços inoxidáveis Resumo dos tipos de aços inoxidáveis, com os respectivos comportamentos no processo de soldagem e as soluções recomendadas (BALSAMO, 2000), pode ser visto no QUADRO 3. Tipo aço inoxidável Ferrítico Austenítico Quadro 3 - Problemas na soldagem dos aços inoxidáveis (BALSAMO, 2000) Martensítico Problema Sensitização Fragilização por hidrogênio Crescimento de grão Sensitização Trincas a quente Fragilização por hidrogênio Recomendação Material adequado (estabilizado ao titânio ou ao nióbio); reduzir energia de soldagem. Procedimento que introduzam pouco hidrogênio durante a soldagem. Procedimento com energia de soldagem menor possível. Material adequado (estabilizado ao titânio ou ao nióbio); reduzir energia de soldagem. Utilizar material com baixo teor de enxofre e fósforo; utilizar metais de adição que gerem um teor de ferrita em torno de 8% no cordão de solda; modificar a geometria da junta para reduzir tensões introduzidas durante a soldagem. Procedimento que introduzam pouco hidrogênio durante a soldagem; reduzir a velocidade de resfriamento da junta (préaquecimento, pós aquecimento)

27 9 2.2 AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX LAMINADOS Os aços inoxidáveis duplex surgiram na década de 1930, quando se iniciou o desenvolvimento desse tipo de material nos Estados Unidos e na Europa, porém foi apenas na década de 1970 que se chegou a um material mais refinado, com um controle mais efetivo da sua composição. Este material somente começou a ser utilizado no Brasil na década de 1990 (MARTINS E CASTELETTI, 2007). O principal objetivo foi o de substituir as ligas de cobre, altamente utilizadas para aplicações em ambientes marinhos, uma vez que reúnem elevada resistência à corrosão. Porém, as propriedades mecânicas das ligas de cobre são inferiores às dos aços, limitando assim suas aplicações (WEBER, 2004). Os aços inoxidáveis duplex são materiais com microestrutura bifásica, composição química balanceada entre os elementos gamagênicos e alfagênicos, estabilizadores de austenita (CFC) e ferrita (CCC), respectivamente, de tal forma que se obtém uma estrutura de austenita e ferrita à temperatura ambiente, ou seja, composta por uma matriz ferrítica e ilhas de austenita (SENATORE, 2007), com frações volumétricas aproximadamente iguais dessas duas fases. Essa classe de materiais é caracterizada por apresentar combinação de elevadas propriedades mecânicas e também de resistência à corrosão em meios agressivos devido à sua habilidade em se passivar e permanecer no estado passivo em diversos meios aos quais é submetido (SENATORE, 2007). Devido ao efeito do refino de grão, obtido pela estrutura austenítica-ferrítica e ao endurecimento por solução sólida, estes aços apresentam resistência mecânica superior aos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Têm baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica e são ferromagnéticos devido à presença de ferrita. Os aços inoxidáveis duplex são frequentemente, utilizados nas indústrias química e petroquímica (em unidades de dessanillização, dessulfuração e equipamentos para destilação), de papel e celulose (em digestores, plantas de sulfito e sulfato e sistemas de branqueamento) siderúrgica, alimentícia e de geração de energia. Podemos ressaltar ainda a aplicação em componentes de equipamentos expostos à água do mar, trocadores de calor, bombas e tubos nas indústrias química, petroquímica, de papel e celulose (CHAWLA, 1995).

28 10 Possuem em sua composição maiores teores de cromo (entre 18 e 28 %) e menores de níquel (3,5 a 8 %) e apresentam adições de molibdênio e de nitrogênio. O molibdênio, juntamente com o cromo, é forte estabilizador da ferrita e auxilia na melhoria da resistência à corrosão uniforme e localizada. O nitrogênio favorece e acelera a formação da austenita e a endurece fortemente. Apresentam boa tenacidade e ductilidade quando a quantidade de ferrita e austenita é balanceada, aliado a maior resistência à corrosão sob tensão quando comparados aos aços inoxidáveis austeníticos (a austenita contribui com a tenacidade ao impacto e a ferrita, mais dura, melhora as características mecânicas). Teores maiores de ferrita (α) aumentam a resistência mecânica; porém, favorecem a precipitação de fase sigma durante o resfriamento de solidificação (BONAVINA, 2003) Microestrutura A microestrutura duplex é obtida através do balanceamento dos elementos de liga e de tratamento termomecânico durante a conformação mecânica a aproximadamente 1200 ºC (BRANDI, 2008). Nessa faixa de temperatura, os aços inoxidáveis apresentam um comportamento muito próximo do equilíbrio estável e metaestável, produzindo uma estrutura lamelar com grãos alongados na direção de laminação e composta por uma matriz ferrítica com ilhas de austenita, sendo de aproximadamente % de ferrita e % de austenita. (SOLOMON, 1982). O balanceamento dos elementos de liga, nos aços inoxidáveis tem a função de controlar os teores de elementos estabilizadores de austenita, ou gamagênicos (níquel, carbono, nitrogênio) e de elementos estabilizadores da ferrita, ou alfagênicos (cromo, molibdênio e silício). Esses elementos constituem a composição química dos aços inoxidáveis duplex. A microestrutura típica e frações de ferrita e austenita são mostradas nas FIG.2 referentes ao mesmo metal de base usado no desenvolvimento desse trabalho. Podem-se observar os grãos alongados devido ao processo de laminação e alternados com duas fases, clara: austenita e escura: ferrita.

29 11 Figura 2 - Microestrutura do aço inoxidável duplex (UNS S31803) ferrita (cor escura) e austenita(cor clara). Fonte: ArcelorMittal Inox Brasil Propriedades Físicas Na TAB. 3 são apresentados os principais tipos de aços inoxidáveis, com destaque para os aços inoxidáveis duplex UNS S32304, UNS S31803(ASTM A890 4-A) e UNS S32750 (ASTM A890 5-A), e suas respectivas composições químicas, conforme normas UNS e AISI. Os diferentes tipos de aços inoxidáveis duplex são classificados em três grupos, com relação à composição química: a) Aços inoxidáveis duplex de baixa liga ou Lean duplex: devido ao menor teor de elementos de liga são materiais econômicos, não possuem molibdênio na composição química e podem substituir aços inoxidáveis austeníticos como AISI 304L/316L (o aço inoxidável duplex UNS S é o mais indicado). b) Aços inoxidáveis duplex de média liga: nessa família, enquadram-se os aços inoxidáveis duplex mais utilizados. O aço inoxidável duplex UNS S31803 é o mais indicado. Apresentam resistência à corrosão intermediária entre os austeníticos comuns AISI 304L/316L e aços inoxidáveis super austeníticos com 5 e 6% de molibdênio. c) Aços inoxidáveis duplex de alta liga: comumente designados por super duplex. O UNS S32750 apresenta elevada resistência à corrosão comparável aos super austeníticos que possuem entre 5 e 6 % de molibdênio.

30 12 Tabela 3 - Composição química dos principais aços inoxidáveis Fonte: Normas AISI e UNS. A FIG. 3 ilustra resultados obtidos no ensaio de impacto para a liga 316L e três tipos de aço inoxidável duplex: UNS S 32304, UNS S31803 e UNS S Observa-se que a temperatura de transição dútil-frágil para os inoxidáveis duplex é aproximadamente -35ºC e a liga 316L não apresenta esse fenômeno. A transição dútil-frágil dos aços inoxidáveis duplex é característica da fase ferrítica. Figura 3 - Resistência ao impacto dos aços inoxidáveis duplex e 316L. Para construir a tabela da FIG. 3, foi realizado o ensaio Charpy, com corpos de prova de seção 10x10x50 mm e entalhe em V. Os ensaios foram realizados na direção transversal a direção de laminação (SENATORE, 2007). A TAB. 4 apresenta as principais características físicas dos aços inoxidáveis duplex, estabelecendo um comparativo com as dos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Observando os dados dessa tabela, nota-se que os aços inoxidáveis duplex apresentam

31 comportamento intermediário entre os aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. A condutibilidade térmica dos aços inoxidáveis duplex é maior do que a dos aços inoxidáveis austeníticos. Tabela 4 - Propriedades físicas dos aços inoxidáveis Calor específico Condutibilidade Térmica Microestrutura UNS J/kg C W/m C ( ± 10 C) Do material 20 C 200 C 400 C 20 C 200 C 400 C Ferrítico S Austenítico S Duplex S Duplex S Duplex S Fonte: (SENATORE, 2007) 13 Devido à presença da fase ferrita, os aços inoxidáveis duplex possuem menor coeficiente de expansão térmica que os austeníticos, fazendo com que estas ligas apresentem comportamento próximo ao dos aços carbono. A FIG. 4 apresenta uma comparação entre os coeficientes de expansão térmica do aço inoxidável duplex com os das ligas austeníticas AISI 316L e 304L e um aço ao carbono. A faixa de temperatura foi de 30 a 100 ºC. (SENATORE, 2007). Figura 4 - Expansão térmica x 10-6 / ºC dos aços inoxidáveis duplex (SENATORE, 2007) Propriedades Mecânicas As propriedades mecânicas de um aço inoxidável duplex refletem as propriedades mecânicas das fases individuais austenita e ferrita, particularmente a fase ferrita. A ferrita quando

32 adicionada à austenita tem o papel de aumentar o limite de escoamento de um aço duplex, especialmente em baixas temperaturas (SOLOMON e DEVINE, 1982). 14 Quanto às propriedades mecânicas, esse material ocupa um lugar de destaque, pois possui um limite de resistência mínimo à tração superior a 600 MPa, limite de escoamento mínimo superior a 450 MPa e alongamento em 50 mm de 25 %. A alta tenacidade é o resultado do pequeno tamanho de grão e da forte presença de austenita em sua estrutura (BORSATO, 2006). A combinação entre os elevados valores de alongamento da austenita com o elevado limite de escoamento da ferrita nos aços inoxidáveis duplex, 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, apresentam um alongamento mínimo em torno de 25 % (SENATORE, 2007). 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. A TAB. 5 apresenta as propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis de microestrutura duplex com os aços inoxidáveis austeníticos. Tabela 5 - Comparação das propriedades mecânicas (valores mínimos) (NILSSON, 1997). Os aços inoxidáveis duplex apresentam alta resistência ao impacto na temperatura ambiente (25 ºC). Sua tenacidade está limitada à fração volumétrica e distribuição da ferrita. Com uma fração volumétrica de austenita da ordem de 40%, obtém-se prevenção efetiva do crescimento de trincas. Dessa forma, a orientação e a morfologia da estrutura dos aços duplex são importantes na avaliação da tenacidade. Vários documentos apresentaram as ligações entre

33 15 propriedades mecânicas e microestrutura, isso inclui o efeito de tratamento térmico, precipitação de fases e as propriedades mecânicas do material (NILSSON, 1997 e DAKHLAOUI, 2007). Para os aços inoxidáveis duplex UNS S31803 e UNS S32750, o percentual da fase sigma em torno de 1 a 2 %, já reduz de forma drástica a tenacidade dos aços mesmo se as propriedades de tração forem menos afetadas. A transformação mais comum é a decomposição espinoidal da ferrita em α separação da ferrita em teores baixo e alto de cromo em uma escala muito pequena. Esta transformação é conhecida como a transformação de 475 C (acontece principalmente entre 280 e 475 C). Observa-se também um endurecimento subseqüente e fragilização da ferrita. Isto explica por que a maioria das aplicações é restrita a temperaturas mais baixas que 250 C (CHARLES, 2008). O efeito da ferrita nas propriedades mecânicas dos aços duplex é ilustrado nas figuras 5 a 9. A FIG. 5 apresenta o endurecimento devido à presença de % em volume de ferrita (a estrutura do aço inoxidável duplex), comparado com as curvas de material austenítico e ferrítico com aproximadamente a mesma composição química de ferrita e austenita encontradas em aço inoxidável duplex. O limite de escoamento está entre o da austenita e da ferrita, porém mais próximo do limite de escoamento da ferrita do que prediz a regra das misturas. Acredita-se que o endurecimento extra se deva ao refinado tamanho de grão da estrutura duplex comparado com os grosseiros grãos das fases separadas, ferrita e austenita (SOLOMON e DEVINE, 1982). Figura 5 - Tensão vs. deformação verdadeiras aço duplex. (FONTES, 2009). A FIG. 6 indica que a dependência da temperatura para o limite de escoamento do aço duplex rico em ferrita é equivalente ao limite de escoamento para a ferrita pura.

34 16 Figura 6 - Limite de escoamento e dependência com a temperatura. (FONTES, 2009). A FIG. 7 ilustra que o limite de escoamento aumenta com o aumento da porcentagem volumétrica de ferrita. Figura 7 - Dependência do limite de escoamento de aços inoxidáveis duplex com a porcentagem em volume de ferrita (FONTES, 2009).

35 17 A FIG. 8 mostra, porém, que o inverso é válido para o limite de resistência, que diminui com o aumento da porcentagem volumétrica de ferrita. Figura 8. Dependência do limite de resistência com a percentagem em volume de ferrita (FONTES, 2009). A FIG. 9 mostra que o desenvolvimento de trincas de clivagem na fase ferrítica não apenas reduz a ductilidade, como também reduz extremamente a tenacidade, pois aumenta a temperatura da transição dúctil-frágil. (SOLOMON e DEVINE, 1982). Figura 9 : Dependência da energia de impacto de aços inoxidáveis duplex com a porcentagem em volume de ferrita (FONTES, 2009).

36 Resistência à Corrosão A seleção do material (família de aço inoxidável) deve ser efetuada considerando principalmente a temperatura de trabalho, conforme TAB. 6 e o meio corrosivo. A adição de determinados elementos de liga melhoram a resistência a oxidação os aços, entre os quais podem ser citados: Cr, Ni, Mo, Si e Al. A adição de cromo nos aços aumenta a resistência a oxidação de acordo com a TAB.6, porque tem a propriedade de oxida-se em contacto com o oxigénio do ar, formando uma película, muito fina e estável de óxido de cromo (Cr 2 O 3 ) que se forma na superfície exposta ao meio. A resistência à corrosão é determinada pela capacidade de passivação dos aços inoxidáveis duplex e de permanecer nesse estado no ambiente a que estiver exposto. Essa propriedade está relacionada, principalmente, aos elementos de liga presentes na composição química do aço, embora outros fatores como tamanho de grão, distribuição e morfologia de inclusões, precipitação de fases e qualidade da superfície também exerçam influência. Tabela 6 - Relação de percentual de cromo com resistência a oxidação para os aços inoxidáveis. CROMO (%) 0,75-1, TEMPERATURA (ºC) Fonte: (ACESITA, 2005) O mecanismo de corrosão mais comum é a corrosão por pite. Em geral, os aços inoxidáveis duplex apresentam elevada resistência a esse mecanismo. Nos aços inoxidáveis austeníticos,