O aço Sem Manchas (Stainless Steel)



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Aço inoxidável

1..O Aço Sem Manchas (Stainless Steel)
  2. O que é afinal um "Aço Inoxidável"?
  3. O papel do cromo e a passividade
  4. A Influência dos outros elementos no aço inoxidável
  5. Fluxograma de produção de aços inoxidáveis
  6. Classificação dos aços inoxidáveis
  7. Composição química dos aços inoxidáveis
  8. Propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis
  9. Corrosão em aços inoxidáveis
10. Resistência à corrosão dos aços inoxidáveis
11. Seleção de um aço inoxidável para um dado meio corrosivo
12. Usos típicos dos aços inoxidáveis
13. Normas mais comuns de tubos de aço inoxidável austeníticos
1. O Aço Sem Manchas (Stainless Steel)


Diz a história que os aços inoxidáveis foram descobertos por acaso.
Em 1912 o inglês Harry Brearly, estudava uma liga Fe-Cr (13%) e justamente quando tentava fazer algumas observações metalográficas verificou que a liga fabricada resistia a maior parte dos reagentes que se utilizavam na época em metalográfia. E foi Brearly mesmo que deu o nome a liga, chamando-a de "stainless steel" que traduzindo quer dizer "aço que não mancha".
Um ano mais tarde na Alemanha, Eduard Maurer, que estudava uma liga Fe-Cr que continha além dos elementos da liga de Brearly cerca de 8% de Ni. Como resultado observou que a liga resistiu vários meses à vapores agressivos do laboratório no qual trabalhava.

Passados mais de 70 anos, hoje sabemos que os aços descobertos por eles eram os nossos conhecidos AISI 420 (martensítico) e o AISI 302 (austenítico) respectivamente.


Era um pouco difícil de compreender na época, que aquecendo-se duas ligas a altas temperaturas (1.000 ºC) e resfriando-as rapidamente, obtínhamos duas ligas completamente diferentes, uma com alta dureza (AISI 420) e outra com ótima ductilidade (AISI302).

De lá para cá, os aços inoxidáveis muito evoluiram, principalmente em função da industria petrolífera, da aeronáutica, da criogenia e até mesmo devido a 2 ª guerra mundial.


2. O que é afinal um "Aço Inoxidável" ?


A expressão aço inoxidável, como é usualmente conhecido, nos dá uma idéia de um material que não se destrói mesmo quando submetido aos mais violentos abusos.

Na verdade este tipo de aço não é eterno e sim apresenta geralmente uma maior resistência à corrosão, quando submetido a um determinado meio ou agente agressivo. Apresenta também uma maior resistência à oxidação a altas temperaturas em relação a outras classes de aços, quando, neste caso em particular, recebe a denominação de aço refratário.


A resistência à oxidação e corrosão do aço inoxidável se deve principalmente a presença do cromo, que a partir de um determinado valor e em contato com o oxigênio, permite a formação de uma película finíssima de óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel nos meios corrosivos usuais. Assim podemos definir como aço inoxidável o grupo de ligas ferrosas resistentes a oxidação e corrosão, que contenham no mínimo 12% de cromo.


Aço Inoxidável. Ligas ferrosas, baixo carbono com no mínimo 12% de Cr.

3.O papel do cromo e a passividade


Os aços inoxidáveis são, basicamente, ligas ferro-cromo; outros metais atuam como elementos de liga, mas, o cromo é o mais importante e sua presença é indispensável para se conferir a resistência à corrosão desejada.

Como está indicado na figura 1, um mínimo de 2% de cromo é necessário para que as ligas ferro-cromo sejam resistentes à corrosão atmosférica





Quando comparamos os aços inoxidáveis com alguns metais ou ligas, observamos diferenças importantes.  O comportamento típico de um metal em presença de um determinado meio agressivo é mostrado na figura 2. Imaginemos um metal qualquer imerso numa solução ácida que tenha um certo poder oxidante, indicado pelo ponto A na figura. Nestas condições, o metal estará em condições adversas e sofrerá corrosão. Se o poder oxidante da solução é aumentado, adicionando-se, por exemplo, cátion férrico, a taxa de corrosão também aumenta rapidamente.








Apartir do ponto 3, por mais que se aumente o poder oxidante da solução, não existirão aumentos da taxa de corrosão.  No entanto, a partir do ponto 4, novos aumentos no poder oxidante provocarão novamente um aumento na taxa de corrosão.  A região l - 2 é conhecida como região de atividade, a 3 - 4 como região de passividade e, a partir de 4 passando pela 5, temos a região de transpassividade.


As figuras 2 e 3 mostram claramente as diferenças existentes, em termos de resistência à corrosão, entre os aços inoxidáveis e alguns outros metais e ligas.  O fenômeno da passividade é comunicado aos aços inoxidáveis pelo cromo e é por isso que apresentam excelente comportamento em muitos meios agressivos.


Já o estado passivo é conseqüência da formação de um filme extraordinariamente fino de óxido protetor (espessura de 3O a 5O Ao) na superfície dos aços inoxidáveis.

4. A Influência dos outros elementos no aço inoxidável


Outros elementos podem estar presentes, como o Níquel, Molibdênio, Nióbio e Titânio, em proporções que caracterizam; a estrutura, propriedades mecânicas e o comportamento final em serviço do aço inoxidável.

Porém, para se ter uma idéia mais clara, podemos resumir brevemente o papel

De cada um.
NÍQUEL:


Sua adição provoca também uma mudança na estrutura do material que apresenta melhores características de:


  • Ductilidade (ESTAMPAGEM),

  •  resistência mecânica a quente.

  • Soldabilidade(FABRICAÇÃO).
    Aumenta a resistência à corrosão de uma maneira geral.

O Cromo e o Níquel então constituem os elementos primordiais dos aços inoxidáveis.


Outros elementos complementam suas funções.



MOLIBDÊNIO E O COBRE:


Têm a finalidade de aumentar a resistência à corrosão por via úmida.


SILÍCIO E O ALUMÍNIO:Melhoram a resistência à oxidação a alta temperatura.


TITÂNIO E O NIÓBIO:


São elementos "estabilizadores" nos aços austeníticos, impedindo o empobrecimento de cromo via precipitação em forma de carbonetos durante aquecimento e/ou resfriamento lento em torno de 700 ºC, que provocaria uma diminuição da resistência local à corrosão.

Existem ainda outros elementos que modificam e melhoram as características básicas dos aços inoxidáveis, como o manganês e o nitrogênio, o cobalto, o boro e as terras raras, porém são muito específicos.



6.Classificação dos aços inoxidáveis


Os aços inoxidáveis são classificados em três grupos de acordo com a microestrutura básica formada (na verdade existe mais um grupo com propriedades mistas, onde por didática prefiro omitir).


Microestrutura

Capacidade de ser tratado termicamente

Elementos de liga básicos

Série

Martensítica fig 4

Endurecível

Cromo

400

Ferrítica        fig 5

Não endurecível

Cromo

400

Austenítica    fig 6

Não endurecível

Cromo-Níquel

300


MARTENSÍTICO



Estes aços, após resfriamento rápido de alta temperatura, mostram uma estrutura caracterizando alta dureza e fragilidade, denominada Martensítica.
Contém de 12 a 17% de Cromo e O, l a O, 5% de carbono (em certos casos até 1% de carbono) e podem atingir diversos graus de dureza pela variação das condições de aquecimento e resfriamento (tratamento térmico).
São dificilmente atacados pela corrosão atmosférica no estado temperado e se destacam pela dureza.

São ferromagnéticos e apresentam trabalhabilidade inferior as demais classes e soldabilidade pior, especialmente com carbono mais elevado, devido a formação de martensita no resfriamento.



FERRÍTICOS


Após resfriamento rápido de alta temperatura eles mostram uma estrutura macia e tenaz, altamente homogênea, conhecida com ferrítica.

Contém de 16 a 30% de Cromo.

Não podem ser endurecidos por tratamento térmico e são basicamente usados nas condições de recozido.

Possuem uma maior trabalhabilidade e maior resistência à corrosão que os aços martensíticos devido ao maior teor de cromo.

Possuem boas propriedades físicas e mecânicas e são efetivamente resistentes à corrosão atmosférica e a soluções fortemente oxidantes.

São ferromagnéticos.

As aplicações principais são aquelas que exigem boa resistência à corrosão, ótima aparência superficial e requisitos mecânicos moderados.

Apresentam, tendência ao crescimento de grão após soldagem, particularmente para seções de grande espessura, experimentando certas formas de fragilidade.



AUSTENÍTICOS





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