Centro Universitário Padre Anchieta Ciência dos Materiais AÇOS-LIGA

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1 AÇOS-LIGA 5.1 INTRODUÇÃO Todos os aços-liga são mais caros do que os aços carbonos, sendo seu preço em geral tanto mais caro quanto maior a porcentagem de elementos de liga no aço. Por essa razão, só se empregam os aços-liga quando as condições de serviço impossibilitarem a utilização dos aços carbono. 5.2 DEFINIÇÃO DE AÇOS-LIGA Aços-liga são aços que possuem elementos de ligas presentes nos aços carbono em proporções mais altas, ou aços que possuam elementos de ligas que normalmente não entram na composição dos aços carbono. Conforme a percentagem total de elementos de liga distingue-se: Aços de baixa liga até 5% de elementos de liga Aços de média liga de 5% até 10% de elementos de liga Aços de alta liga mais de 10% de elementos de liga. Só é possível diferenciar os diversos tipos de aços de baixa liga e entre os aços de baixa liga e os aços carbono por meio da análise química ou pelo teste de pontos. O Teste por Pontos é um ensaio de identificação de materiais metálicos que consiste na aplicação de reagentes químicos em uma região de sua superfície previamente preparada. O reconhecimento do material se baseia nos efeitos de reações químicas, bem como nos resultados do teste do ímã (ensaio que se realiza em materiais metálicos pela aplicação de um ímã, classificando o material em magnético, levemente magnético e não-magnético). 5.3 SERVIÇOS DE APLICAÇÃO DOS AÇOS-LIGA Altas Temperaturas Serviços acima do limite de temperatura do uso prático do aço carbono (ver item 4.4) ou dentro dos limites, quando necessária maior resistência mecânica (ver gráfico 5.1), maior resistência à fluência ou maior resistência à corrosão. Gráfico

2 5.3.2 Baixas Temperaturas Uso de aços-ligas para temperaturas inferiores à -45 O C (limite do aço carbono) Alta Corrosão Serviços onde o fluido é corrosivo, mesmo quando em temperaturas dentro da faixa usual de trabalho do aço carbono. Os aços-ligas têm, geralmente, maior resistência à corrosão que o aço carbono Sem Contaminação Serviços onde não pode haver contaminação dos produtos, tais quais os produtos alimentícios e farmacêuticos. Nestes casos, mesmo as corrosões moderadas, sempre geram resíduos que vão contaminar o fluido contido no equipamento Segurança Serviços com fluidos perigosos (temperaturas elevados, tóxicos, inflamáveis, explosivos etc) ou em equipamentos de importância, para os quais qualquer interrupção causa grandes prejuízos. 5.4 AÇOS-LIGA DE MOLEBIDÊNIO E CROMO-MOLIBIDÊNIO Composição: até 1% de Mo e 9% de Cr. Estes aços destinam-se especificamente a empregos em temperaturas elevadas. São todos materiais magnéticos com estrutura férrica. A tabela 5.1 mostra a composição química e as principais propriedades usuais dessa classe. O principal efeito da adição de cromo é o aumento da resistência à oxidação, o cromo tem grande afinidade pelo oxigênio, e oxida-se preferencialmente, formando uma película forte e aderente: de óxidos e hidróxidos; que protege o ferro. O gráfico 5.2 mostra a variação relativa da velocidade de oxidação dos aços ao cromo para a corrosão atmosférica e pelo ácido nítrico e o gráfico 5.3 mostra o aumento de peso devido a oxidação ao ar dos aços carbono e aços-liga após 44

3 1000h de exposição. O cromo ainda aumenta a resistência a grafitização, sendo que para os aços com mais de 1% de Cr, não há mais a ocorrência deste tipo de corrosão. A adição de Si, que pode chegar até 2,5%, também contribui para reduzir sensivelmente a oxidação em temperaturas elevadas. Gráfico 5.2 gráfico 5.3 A principal ação do molibdênio é o grande aumento da resistência à fluência do aço, contribuindo também para aumentar a resistência mecânica em temperaturas elevadas e a resistência de corrosão por pites. O Mo combina-se com o carbono, formando precipitados de carbonetos complexos que dificultam o escorregamento dos planos de clivagem, resultando, assim em menores deformações do material. O gráfico 5.4 mostra o aumento da resistência a fluência em função da temperatura para 1000h de trabalho. Neste gráfico pode-se notar que a adição de apenas ½ % de Mo mais que dobra a resistência a fluência da tensão de ruptura. Podese também observar a superioridade dos aços-liga contendo 1 ¼ % de Cr, sobre os aços com cromo mais alto parra temperaturas até O C. 45

4 Gráfico 5.4: 1- Aço carbono 0,25%C 2- Aço liga ½ Mo 3- Aço liga 1 ¼Cr - ½Mo 4- Aço liga 2¼Cr - 1Mo 5- Aço liga 5Cr ½Mo 6- Aço liga 9Cr 1Mo 7- Aço inoxidável tipo 304 Os aços-liga com até 2 ½ %Cr foram desenvolvidos para serviços em temperatura elevada, onde os esforços mecânicos sejam elevados e a corrosão moderada. Os aços contendo maus de 2 ½ %Cr são especificados para serviços em temperaturas elevadas com esforços mecânicos moderados e alta corrosão. Para esses aços devem ser empregados eletrodos de baixo carbono e de liga mais rica do que o material a soldar, para compensar a dissolução de elementos de liga nas proximidades da solda. Para soldas importantes e de grande espessura exige-se radiografia total, como pode ser visto na tabela

5 No gráfico 5.5 são mostradas as curvas de variação das tensões admissíveis em função da temperatura para vários aços-liga, estando também mostrada as curvas correspondentes de alguns aços carbono e aços inoxidável. As tensões admissíveis dessa figura são os valores estabelecidos, para materiais em forma de chapa, pela norma ASME Séc. VIII Div. 1, para vasos de pressão. Nessas curvas pode-se observar o notável efeito do acréscimo de Mo, a maior tensão admissíveis dos aços-liga de baixo Cr para temperaturas entre 465 O C e 520 O C e a queda na tensão admissível dos aços de alto cromo. Essas tensões estão calculadas em função do limite de resistência LR e da deformação por fluência. Gráfico

6 5.5 AÇOS-LIGA NIQUEL Centro Universitário Padre Anchieta Os aços-liga contendo níquel são específicos para trabalhos à baixa temperatura. Esses materiais exibem a transição dúctil-frágil, mas a faixa de transição é tanto mais baixa quanto maior for a quantidade de níquel presente. Abaixo se cita os aços-liga níquel mais usados e suas temperaturas limites de emprego Aço-liga 3 ½%Ni: (-100 O C) Aço-liga 9%Ni: (-196 O C) Para o melhor comportamento em baixas temperaturas esses aços devem ser normalizados ou temperados e revenido, para o refinamento dos grãos, ou para obtenção de estruturas mais adequadas. Normalmente exige-se teste de impacto em qualquer serviço a baixa temperatura. O gráfico 5.6 mostra as curvas obtidas no teste charpy para o Níquel, aço-liga níquel e aço de baixo carbono. Gráfico AÇOS MICRO LIGADOS Os chamados aços micro-ligados (HSLA high strenght lowe alloy) são aços-liga contendo pequenas quantidades de diversos elementos (até um total de 2 ½ %) que proporcionam um considerável aumento na resistência mecânica, principalmente no limite de escoamento (LE), sem prejuízo da ductilidade, tenacidade e resistência à fadiga. Os elementos adicionados agem de várias formas: alguns são fortes formadores de nitretos (Mo, Nb, Ti, V, W), e outros retardam a decomposição da austemita no resfriamento (Cr, Mo, Ni) aumentando a temperabilidade do material. A quantidade de carbono é, geralmente, baixa, o que melhora a soldabilidade do material. O limite de resistência pode atingir até 110kg/mm 2 e o limite de escoamento até 80kg/mm 2. 48

7 A tabela 5.3 mostra algumas especificações da ASTM para chapas de aço liga manganês e aços micro ligados. Os aços micro ligados são empregados em vasos de pressão muito elevada em temperaturas ambiente, ou em vasos de grandes dimensões para reduzir a espessura da parede, e conseqüentemente o custo peso do equipamento. Cada caso de emprego deve, entretanto ser estudado cuidadosamente, analisando-se a experiência anterior que possa haver do material no mesmo serviço, devido principalmente ao alto risco de corrosão sob tensão que esses aços apresentam. Da mesma forma que os aços carbonos de alta resistência, esses aços-liga estão sujeitos à corrosão sob tensão quando em contacto mesmo com ínfimas quantidades de H 2 S, em temperaturas inferiores ao ponto de orvalho.. Na tabela 5.4 estão relacionados as principais especificações comerciais de aços-liga Mo, Cr5-Mo e Ni, mais empregadas em equipamentos de processo. Todas as designações numéricas referem-se à especificação da ASTM. 49

8 Anexo A: Exemplos de normas ASTM para tubulações Anexo B: Composição química dos aços mais usados NORMA AÇO C Mn P máx S máx Si Ni Cr Mo Cu V máx RT (Mpa) LE (Mpa) Dureza min min máx ASTM A 53 Gr A Máx 0.25 Máx 0,95 0,050 0,0405 Máx 0,40 Máx 0,40 Máx 0,15 Máx 0,40 0, Gr B Máx 0.30 Máx 1,20 0,050 0,045 Máx 0,40 Máx 0,40 Máx 0,15 Máx 0,40 0, A 106 Gr A Máx ,27/0,93 0,035 0,035 Min 0,10 Máx 0,40 Máx 0,40 Máx 0,15 Máx 0,40 0, Gr B Máx ,29/1,06 0,035 0,035 Min 0,10 Máx 0,40 Máx 0,40 Máx 0,15 Máx 0,40 0, Gr C Máx ,29/1,06 0,035 0,035 Min 0,10 Máx 0,40 Máx 0,40 Máx 0,15 Máx 0,40 0,

9 A 161 Gr LC 0,10/0,20 0,30/0,80 0,035 0,035 Máx 0, Gr T1 0,10/0,20 0,30/0,80 0,025 0,025 0,10/0,50 0,44/0, A 178 Gr A 0,06/0,18 0,27/0,63 0,035 0, Gr C Máx 0.35 Máx 0,80 0,035 0, SAC 50 Máx 0.18 Máx 1,40 0,030 0,030 0,15/0,55 0,40/0,65 0,25/0,50 490/ A 179 A 179 0,06/0,18 0,27/0,63 0,035 0,035 72HB A 192 A 192 0,06/0,18 0,27/0,63 0,035 0,035 Máx 0, HB A 199/200 Gr T11 0,05/0,15 0,30/0,60 0,025 0,025 0,50/1,00 1,00/1,50 0,44/0, HB Gr T22 0,05/0,15 0,30/0,60 0,025 0,025 Máx 0,50 1,90/2,60 0,87/1, HB A 209 Gr T1 0,10/0,20 0,30/0,80 0,025 0,025 0,10/0,50 0,44/0, HB Gr T1a 0,15/0,25 0,30/0,80 0,025 0,025 0,10/0,50 0,44/0, HB Gr T1b Máx ,30/0,80 0,025 0,025 0,10/0,50 0,44/0, HB A 210 Gr A1 Máx 0.27 Máx 0,93 0,035 0,035 Min 0, HB Gr C Máx ,29/1,06 0,035 0,035 Min 0, HB A 213 Gr T2 0,10/0,20 0,30/0,61 0,025 0,025 0,10/0,30 0,50/0,81 0,44/0, HB Gr T11 0,05/0,15 0,30/0,60 0,025 0,025 0,50/1,00 1,00/1,50 0,44/0, HB Gr T12 0,05/0,15 0,30/0,61 0,025 0,025 Máx 0,50 0,80/1,25 0,44/0, HB Gr T22 0,05/0,15 030/0,60 0,025 0,025 Máx 0,50 1,90/2,60 0,87/1, RB A 214 A 214 Máx ,27/0,63 0,035 0, RB A 226 A 226 0,06/0,18 0,27/0,63 0,035 0,035 Máx 0, RB A 333/334 Gr 1 Máx ,40/1,06 0,025 0, Gr 3 Máx ,31/0,64 0,025 0,025 0,18/3,82 3,18/3, Gr 6 Máx ,29/1,06 0,025 0,025 min 0, Gr 7 Máx 0.19 Máx 0,90 0,025 0,025 0,13/0,32 2,03/2, A 335 Gr P1 0,10/0,20 0,30/0,80 0,025 0,025 0,10/0,50 0,44/0, Gr P2 0,10/0,20 0,30/0,61 0,025 0,025 0,10/0,50 0,050/0,81 0,44/0, Gr P11 0,05/0,15 0,30/0,60 0,025 0,025 0,50/1,00 1,00/1,50 0,44/0, Gr P12 0,05/0,15 0,30/0,61 0,025 0,025 max 0,50 0,80/1,25 0,44/0, Gr P22 0,30/0,60 0,30/0,60 0,025 0,025 max 0,50 1,90/2,60 0,87/1, A 423 Gr 1 Máx 0.15 Máx 0,55 0,06 Min 0,10 0,20/0,70 0,24/1,31 0,20/0, HB Gr 2 Máx ,50/1,00 0,040 0,05 0,40/1,10 Min 0,10 0,30/1, HB A 500 Gr A Máx ,045 0,045 min 0, Gr B Máx ,045 0,045 min 0, Gr C Máx 0.27 Máx 1,40 0,045 0,045 min 0, A 501 A 501 Máx ,045 0,045 min 0,