Soldadura de Aços Inoxidáveis e Resistentes ao Calor

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1 Soldadura de Aços Inoxidáveis e Resistentes ao Calor Cn > 11% Resistência à corrosão Forma-se uma película de óxido de crómio superficial que não permite a oxidação do material no interior. Ni, Mo, Cu, Ti Elemento de liga que se podem adicionar para melhorar a resistência à corrosão Aplicações: Caldeiras Fornos peças para meio ambiente corrosivo e quente Consoante os elementos de liga que aparecem e a sua %, assim será a estrutura metalúrgica, as propriedades físicas e mecânicas e soldabilidade e a resistência à corrosão de determinado aço. 1 Soldadura de Aços Inoxidáveis e Resistentes ao Calor 3 grupos consoante a estrutura metalúrgica Austeníticos Ferríticos Martensíticos Com características específicas Por exemplo: aplicação de aços austeníticos talheres (garfo e colher) aplicação de aços martensíticos talheres (faca derivado à dureza) 2

2 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos Inox austenítico tico Cr 17 a 27% Ni 7 a 25% M 2 a 3% (facultativo) C < 0,07% C < 0,03% (inox austenítico ELC) 3 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos Propriedades À temperatura ambiente devido ao Ni (gamagéneo) são austeníticos e portanto não magnéticos Não têm pontos de transformação não endurecem por têmpera Sensíveis à coalescência de grão a T elevadas (não tratáveis) mas que não produz fragilização. Cr, Ni aços austeno-ferríticos (melhor resistência à corrosão intercristalina e sob tensão) Ductilidade e resiliência boas mesmo a T Capacidade de alongamento grande Facilmente soldáveis soldaduras são as sem pré-aquemimento e com propriedades a M.B. sem tratamento posterior Endurecem por deformação plástica sem fragilizarem Boa resistência à corrosão Na ausência de encruamento não têm limite elástico, deformam ligeiramente por fluência a T 4 amb.

3 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos Precipitação de carbonetos - Sensitização Podem precipitar carbonetos de crómio nos limites de grão destes aços na gama de temperatura ºC se o tempo de permanência for suficiente diminuição do teor de Cr nos limites de grão mais aptidão para a corrosão intercristalina Se % C Há necessidade de menos tempo de permanência entre 500ºC e 900ºC para que se dê a precipitação de carbonetos Defeito que ocorre mais nas zonas adjacentes a Z.F. 5 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos Acções Correctivas E T C Estabilizar o aço com T i ou N b T i e N b mais afins para o C formação de carbonetos de T i e N b e não carbonetos de C r Os aços estabilizados com T i e N b podem apresentar corrosão incisiva (em meios nitricos quentes) nas zonas adjacentes a Z.F. onde se atingem temperaturas acima dos 1300ºC 6

4 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos Corrosão Incisiva carbonetos de T i e N b redissolvem-se para T > 1300ºC C livre no seio da austenite zonas adjacentes a Z.F em cordões multipasse são aquecidos repetidamente a T 600ºC a 700ºC formação de carbonetos de crómio muita sensibilidade à corrosão intercristalina Carbonetos de Cr em pequena quantidade não tem importância mas se a quantidade de carbonetos põe em risco a corrosão tratamento de hipertêmpera Tratamento de hipertêmpera aquecimento a ºC dissolução de carbonetos de Cr, arrefecimento rápido passagem da gama de sensitização ( ) muito rápida não tempo para precipitarem carbonetos (arrefecimento difícil de fazer) 7 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos Fissuração a quente Caracterizada por: Ocorrer a T > 1200ºC Ser interdendrítica ZF completamente austenítica susceptível de fissuração a quente ZF com alguma ferrite menos susceptível de fissuração a quente Ideal 1 a 8% de ferrite, por 3 razões: Maior plasticidade da ferrite para T melhor suporte de tensões Maior solubilidade de Si, P e S na ferrite não segregações Estrutura austeno-ferrítica + fina díficil continuidade de filmes líquidos 8

5 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos No entanto os aços com ferrite são menos resistentes à corrosão se for necessário usar um aço com estrutura só austenítica Usam-se M.A austeníticos ticos com M n porque: M n é formador de ferrite Para T < T f, M n estrutura austeno-ferrítica Para T > 1200ºC ferrite austenite Aumenta a capacidade de deformação plástica a quente 9 Soldadura de Aços Inoxidáveis Austeníticos e Austeno-Ferríticos % Ferrite a 5%, porque: Ferrite é mais corroível Ferrite pode originar fase sigma muito dura e frágil (entre 550ºC e 900ºC) Tensões e contracções mais graves precauções Se % ferrite tratamento de hipertêmpera (dissolução da ferrite e estabilização da austenite) Coeficiente de dilatação destes aços 50% maior que nos aços carbono Condições Térmicas destes aços 40% menor que nos aços carbono Tratamento térmico de relaxação de tensões a. inox austeníticos para trabalhar em meio corrosivo evita corrosão sob tensão Apesar das dificuldades são usados em construção soldada 10

6 Soldadura de Aços Ferríticos e Semi-Ferríticos Aços magnéticos de estrutura basicamente ferrítica: Cr 12 a 30% C < 0,1% Caracterizados por ausência de pontos de transformação ferrite austenite não endurecem por têmpera Problemas de soldabilidade Coalescência de grão na ZAC fragilização Precipitação de carbonetos (T > 100ºC) mais facilmente corroível Formação de fase σ (550º a 850ºC) fragilização Para evitar a coalescência de grão deve-se utilizar ET baixo ZAC grande e baixa rentabilidade do processo ou usar pré-aquecimento que não convém porque pode haver precipitação de carbonetos embora possa ser necessário para minorar tensões que devido à fragilidade podem provocar fissuras (aços semi-ferríticos estrutura ferrítico-martensíticas) 11 Soldadura de Aços Ferríticos e Semi-Ferríticos Para melhorar propriedades mecânicas e resistência à corrosão recozimento entre 750º - 850ºC seguido de arrefecimento rápido recristalização e redução de sensibilidade à corrosão intergranular graças a uma esteroidização dos carbonetos que tenham precipitado. As dificuldades de soldadura destes aços foram ultrapassadas com o aparecimento de novas nuances deste grupo de aços: Aços com 16 18% Cr, ductilidade aceitável e menor precipitação de carbonetos. Aços inox ferríticos não tratáveis termicamente entre 550 e 850ºC devido à formação de fase σ se o tempo de permanência nesta gama de temperatura for suficiente nem entre 400 e 500ºC porque apresentam fragilização a 450ºC Consumíveis a utilizar iguais ou austeno-ferríticos estabilizados com Ti Aços com 20 30% Cr, 1 2% Mo, C 0,003%, N 0,015% com elevada resistência à corrosão Aços com Cr > 27%, Ni 5%, Mo 1 a 2% e baixo carbono (aços ferritico-austeníticos), que têm: 12

7 Soldadura de Aços Inoxidáveis Martensíticos Propriedades: Estrutura magnética Magnéticos Endurecem por têmpera ao ar Cr 11 a 18% C 0,1% a 0,3% Os usados em soldadura têm normalmente C < 0,15% Velocidade de arrefecimento não se forma ferrite e carbonetos mas sim martensite Martensite estruturas frágeis que com tensões fissuração a frio se M.A. martensítico 13 Soldadura de Aços Inoxidáveis Martensíticos Medidas a tomar Pré e pós-aquecimento e tratamento térmico às juntas Utilizar M.A. austenítico ou austeno-ferrítico Reduzir o teor de H em M.F. O pré e/ou pós-aquecimento permite a obtenção de estruturas menos frágeis com menor dureza, tensão residual e teor de H porque difunde para o exterior. Tratamento térmico 600 a 750ºC nível de tensões, ductilidade Se tensões residuais muito elevadas tratamento térmico logo após a soldadura antes do arrefecimento completo com T < 150ºC para a austenite se transformar em martensite. Senão, durante o arrefecimento tratamento termico obtêm-se martensítico muito dura e frágil e não revenida como desejável. 14

8 Soldadura de Aços Inoxidáveis Martensíticos Se necessário resistência à corrosão Problemas Consumíveis austeníticos ou austenoferríticos MF austenítico ou austenoferrítico Coeficiente de dilatação diferente do do MB tensão e deformação Componente químico diferente resistente à corrosão não uniforme corrosão acelarada por efeito de pilha electrica. Casos Especiais: Enchimento prévio dos bordos a soldar com sonsumível austenítico ou austeno-ferrítico seguido de tratamento térmico tensão de soldabilidade, ZAC mais dúctil constituída por martensite revenida. A espessura do enchimento deve ser tal que a soldadura não provoque alterações no MB 15 Soldadura de Aços Inoxidáveis Martensíticos Se necessário resistência à corrosão Aço com C 0,08% Al - 0,1 a 0,3% Com razoável quantidade de ferrite numa matriz martensítica relativamente macia melhor soldadura A procura de aços inox martensíticos com boas características sobre todos os aspectos aços martensíticos austeníticos com: C 0,04 a 0,08% Cr 12 a 13% Ni 3 a 5% Mo, Cu, N 16

9 Soldadura de Aços Inoxidáveis Martensíticos Após s tratamento térmico Martensite mais ductil devido a C e à presença de Ni não mecânico pré e/ou pós aquecimento porque fissuração Tratamento térmicot opiniões diversas. So se faz se for imprescindível e desde que haja homogeneidade de comportamento entre MB e MA 17 Soldadura de Aços Dissimilares Ligação aço inox aço carbono Diagrama de Schaeffler para escolha de consumível e se necessário tratamento térmico atenção à heterogeneidade da junta 18