Fundição duplex de aço inoxidável refere-se ao processo de formação de componentes complexos a partir de ligas de aço inoxidável duplex, que combinam estruturas austeníticas e ferríticas.
As propriedades únicas do aço inoxidável duplex tornam-no um material inestimável na fabricação moderna, especialmente em indústrias que exigem alta resistência, resistência à corrosão, e durabilidade.
Sua microestrutura bifásica oferece um equilíbrio de propriedades que são difíceis de alcançar com outros materiais, tornando-o uma escolha preferida para uma ampla gama de aplicações.
Neste blog, exploraremos os meandros da fundição duplex de aço inoxidável, suas propriedades, o processo de fundição, e como ele é aplicado em vários setores.
1. O que é aço inoxidável duplex?
Estrutura Bifásica
O aço inoxidável duplex é nomeado por sua estrutura bifásica exclusiva, que combina grãos austeníticos e ferríticos.
A fase austenita é conhecida por sua excelente resistência à corrosão, enquanto a fase ferrita fornece maior resistência e resistência à corrosão sob tensão.
Esta estrutura torna o aço inoxidável duplex particularmente adequado para ambientes agressivos, onde tanto a resistência quanto a resistência à corrosão são críticas.
Composições Químicas Típicas de Aços Inoxidáveis Duplex
| Nota | Número UNS | Carbono (C) | Manganês (Mn) | Silício (E) | Fósforo (P) | Enxofre (S) | Cromo (Cr) | Níquel (Em) | Molibdênio (Mo) | Azoto (N) | Outros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2205 | S31803/S32205 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 21.5 – 23.5 | 4.5 – 6.5 | 2.5 – 3.5 | 0.14 – 0.22 | – |
| 2507 | S32750 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 25 – 27 | 3.5 – 4.5 | 3.5 – 4.5 | 0.25 – 0.35 | – |
| 2304 | S32304 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 22 – 23 | 1.5 – 2.5 | 1.5 – 2.5 | 0.10 – 0.20 | – |
| 2101 | S32101 | ≤ 0.030 | ≤ 1.50 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 19 – 21 | 0.8 – 1.2 | 0.3 – 0.7 | 0.08 – 0.12 | – |
| 2707H | S32707 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 26 – 28 | 4.0 – 5.0 | 3.5 – 4.5 | 0.25 – 0.35 | – |
| 2825 | S32825 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 24 – 26 | 4.0 – 5.0 | 3.0 – 4.0 | 0.20 – 0.30 | – |
| 32760 | S32760 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 24 – 26 | 6.0 – 7.0 | 3.5 – 4.5 | 0.20 – 0.30 | Cu: 0.5 – 1.5% |
| 329J4L | S32948 | ≤ 0.020 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 22 – 24 | 3.0 – 4.5 | 3.0 – 4.0 | 0.20 – 0.30 | C: 0.5 – 1.5% |
Nota Equivalente
Aço Inoxidável Duplex Padrão (por exemplo, 2205)
- NÓS: S31803 / S32205
- astm/aisi: 2205
- EM: 1.4462
- ELE: SUS329J3L
- AFNOR: Z3 CND 22-05 O
Aço Inoxidável Super Duplex (por exemplo, 2507)
- NÓS: S32750 / S32760
- astm/aisi: 2507
- EM: 1.4410
- ELE: SUS329J4L
- AFNOR: Z3 CN 25-06 O
2. Processo de fundição duplex de aço inoxidável
O que é elenco?
Fundição é um processo de fabricação onde o metal fundido é derramado em um molde e solidificado.. As etapas básicas incluem:
- Fusão: O aço inoxidável duplex é derretido em um forno.
- Derramando: O metal fundido é derramado em um molde pré-preparado.
- Solidificação: O metal esfria e solidifica no molde, tomando a forma do molde.
- Acabamento: A peça fundida é retirada do molde e passa por processos de acabamento como retificação, usinagem, e tratamento térmico.
Requisitos especiais para fundição duplex de aço inoxidável
A fundição de aço inoxidável duplex apresenta desafios únicos:
- Mantendo o equilíbrio de fases: O controle da taxa de resfriamento e da temperatura é crucial para manter o equilíbrio correto entre as fases austenítica e ferrítica.
- Evitando a separação de fases: O resfriamento rápido pode levar à formação de fases indesejáveis, como a fase sigma, o que pode reduzir a ductilidade e a tenacidade.
- Controlando a microestrutura: O controle preciso sobre os parâmetros de fundição é necessário para atingir a microestrutura e as propriedades mecânicas desejadas.
Métodos de fundição comuns
| Método | Descrição | Vantagens |
|---|---|---|
| Fundição de investimento | Ideal para produzir peças complexas e precisas com superfícies lisas. | Alta precisão, acabamento superficial liso, adequado para designs complexos. |
| Fundição em Areia | Adequado para peças maiores e geometrias mais complexas, frequentemente usado para prototipagem e pequenas tiragens de produção. | Econômico para tiragens de produção pequenas e médias, flexibilidade no design. |
| Fundição sob pressão | Menos comum para aço inoxidável duplex, mas pode ser usado para produção em grande volume de aços menores., peças mais simples. | Alta velocidade de produção, qualidade consistente, econômico para grandes volumes. |
Vantagens da fundição de aço inoxidável duplex
- Geometrias Complexas: O processo de fundição permite a criação de formas complexas e detalhadas, que muitas vezes são difíceis ou impossíveis de usinar.
- Econômico: Para grandes tiragens de produção, a fundição reduz os custos de fabricação, mantendo uma qualidade consistente.
- Alta Precisão: A fundição de aço inoxidável duplex permite componentes com dimensões precisas, minimizando a necessidade de pós-processamento extenso.
3. Principais propriedades do aço inoxidável duplex
Os aços inoxidáveis duplex são uma família de aços inoxidáveis que combinam as características microestruturais dos aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos.
Esta combinação única proporciona um equilíbrio de propriedades que tornam o aço inoxidável duplex altamente desejável para uma ampla gama de aplicações.,
particularmente em ambientes onde alta resistência, resistência à corrosão, e resistência são necessárias.
Propriedades Químicas
Resistência à corrosão
- Resistência à corrosão por picadas e fendas: Os aços inoxidáveis duplex apresentam excelente resistência à corrosão por pites e frestas, que são problemas comuns em ambientes contendo cloreto.
Isto se deve ao seu maior teor de cromo e molibdênio em comparação com os aços inoxidáveis austeníticos padrão.. - Fissuração por corrosão sob tensão (CCS) Resistência: Os aços inoxidáveis duplex têm resistência superior à corrosão sob tensão, especialmente em ambientes de cloreto.
Esta propriedade é crucial em aplicações que envolvem, soluções salinas, como aqueles encontrados em plataformas offshore de petróleo e gás. - Resistência Geral à Corrosão: A microestrutura balanceada dos aços inoxidáveis duplex proporciona boa resistência geral à corrosão,
tornando-os adequados para uma variedade de meios corrosivos, incluindo ácidos e soluções alcalinas.
Corrosão Intergranular
- Baixo teor de carbono: Os aços inoxidáveis duplex normalmente têm baixo teor de carbono, o que minimiza o risco de corrosão intergranular.
Isto é conseguido controlando o teor de carbono para níveis abaixo 0.03%, o que ajuda a prevenir a formação de carbonetos de cromo nos limites dos grãos.
Soldabilidade
- Características de soldagem: Apesar de sua alta resistência, aços inoxidáveis duplex podem ser soldados usando técnicas convencionais.
No entanto, deve-se tomar cuidado para controlar a entrada de calor e a taxa de resfriamento para evitar a formação de fases indesejáveis,
como a fase sigma, o que pode reduzir a ductilidade e a tenacidade.
Estabilidade Ambiental
- Ambientes de Cloreto: Os aços inoxidáveis duplex são particularmente adequados para ambientes ricos em cloretos,
como água do mar e salmouras, onde proporcionam excelente resistência à corrosão induzida por cloreto.
Propriedades Físicas
Densidade
- Valor: Aproximadamente 7.8 g/cm³
- Significado: A densidade dos aços inoxidáveis duplex é semelhante à de outros aços inoxidáveis, tornando-os adequados para aplicações onde o peso não é um fator crítico.
No entanto, sua alta relação resistência/peso ainda oferece vantagens em certas aplicações.
Propriedades Mecânicas
- Força de rendimento: Os aços inoxidáveis duplex têm uma resistência ao escoamento que normalmente é duas vezes maior que a dos aços inoxidáveis austeníticos.
Por exemplo, o limite de escoamento de 2205 o aço inoxidável duplex pode variar de 450 para 750 MPa. - Resistência à tracção: A resistência à tração dos aços inoxidáveis duplex também é maior que a dos aços inoxidáveis austeníticos, muitas vezes variando de 550 para 850 MPa.
- Alongamento: Apesar de sua alta resistência, os aços inoxidáveis duplex mantêm um alongamento razoável, normalmente ao redor 25-30%, que proporciona boa ductilidade e conformabilidade.
- Resistência ao Impacto: Os aços inoxidáveis duplex apresentam excelente resistência ao impacto, mesmo em baixas temperaturas, tornando-os adequados para aplicações criogênicas.
Propriedades Térmicas
- Condutividade Térmica: Os aços inoxidáveis duplex têm maior condutividade térmica do que os aços inoxidáveis austeníticos, que pode variar de 15 para 30 S/m·K.
Esta propriedade é benéfica em aplicações onde é necessária uma transferência de calor eficiente. - Expansão Térmica: O coeficiente de expansão térmica dos aços inoxidáveis duplex é inferior ao dos aços inoxidáveis austeníticos, normalmente ao redor 10.5 para 12.5 µm/m·°C.
Esta propriedade reduz tensões térmicas e deformação em aplicações de alta temperatura.
Propriedades Elétricas
- Resistividade Elétrica: A resistividade elétrica do aço inoxidável duplex é maior que a do aço carbono, mas menor que a do aço inoxidável austenítico.
Normalmente varia de 70 para 80 μΩ·cm, o que afeta sua adequação para aplicações elétricas.
Propriedades Magnéticas
- Comportamento Ferromagnético: Ao contrário dos aços inoxidáveis austeníticos, os aços inoxidáveis duplex são ferromagnéticos devido à sua fase ferrítica.
Esta propriedade pode ser vantajosa em certas aplicações, como processos de separação magnética, mas talvez seja uma desvantagem em outros onde são necessários materiais não magnéticos.
| Propriedade | Valor típico | Descrição e benefícios do aplicativo |
|---|---|---|
| Força de rendimento | 450-550 MPa | Aproximadamente duas vezes o limite de escoamento dos aços inoxidáveis austeníticos como 304 e 316, tornando os aços duplex ideais para aplicações estruturais e de suporte de carga. |
| Densidade | ~7,8g/cm³ | Semelhante a outros aços inoxidáveis, adequado para componentes que exigem uma alta relação resistência/peso. |
| Módulo Elástico | 190-210 GPa | Oferece rigidez, o que é benéfico em aplicações que exigem integridade estrutural sob carga. |
| Condutividade Térmica | ~25 W/m·K | Maior que o dos aços inoxidáveis austeníticos, vantajoso para aplicações de transferência de calor em indústrias de processamento químico e de energia. |
| Expansão Térmica | 13.5 x 10⁻⁶ /°C | Taxa de expansão térmica mais baixa do que os graus austeníticos, tornando-o adequado para aplicações com flutuações de temperatura para reduzir riscos de estresse térmico e deformação. |
4. Aplicações de peças fundidas de aço inoxidável duplex
Indústria de Petróleo e Gás
- Plataformas Offshore: Válvulas, oleodutos, e vasos de pressão que exigem excelente resistência à corrosão em água do mar e produtos químicos agressivos.
- Instalações terrestres: Componentes para plantas de refino e processamento, como trocadores de calor e tanques de armazenamento.
Aplicações Marinhas
- Construção naval: Componentes do casco, hélices, e outras partes expostas à água do mar.
- Usinas de Dessalinização: Equipamentos para processos de tratamento de água e dessalinização, onde a resistência à corrosão é crítica.
Processamento Químico e Celulose & Indústria de papel
- Reatores e trocadores de calor: Componentes que lidam com produtos químicos agressivos e altas pressões.
- Tanques de armazenamento: Recipientes para armazenamento e transporte de substâncias corrosivas.
Geração de energia
- Sistemas de alta pressão: Componentes para turbinas a vapor, caldeiras, e trocadores de calor.
- Usinas Nucleares: Peças que exigem alta resistência e resistência à corrosão em ambientes radioativos.
Indústria de Alimentos e Bebidas
- Equipamento de processamento: Bombas, válvulas, e peças de máquinas que precisam resistir à corrosão causada por produtos químicos de limpeza e substâncias relacionadas com alimentos.
- Tanques de armazenamento: Recipientes para armazenamento e transporte de alimentos e bebidas.
5. Vantagens das peças fundidas duplex de aço inoxidável
Resistência Superior à Corrosão
- Ambientes Atmosféricos e Subaquáticos: A combinação das fases austenítica e ferrítica aumenta a resistência do material à corrosão em ambientes atmosféricos e subaquáticos.
- Ambientes Ricos em Cloreto: Excelente resistência à corrosão por pites e frestas em ambientes ricos em cloretos, como água do mar e salmouras.
Maior relação resistência-peso
- Alta resistência mecânica: Fundições duplex de aço inoxidável oferecem alta resistência à tração e ao escoamento, tornando-os ideais para aplicações onde a redução de peso é crítica.
- Design Leve: A alta relação resistência/peso permite o projeto de componentes mais leves e eficientes.
Econômico para grandes tiragens de produção
- Produção Eficiente: Os processos de fundição permitem a produção eficiente de grandes volumes de peças com formatos complexos a um custo menor em comparação com outros métodos de fabricação.
- Usinagem Reduzida: A capacidade de produzir formatos quase perfeitos reduz a necessidade de usinagem extensa, economizando tempo e material.
Durabilidade aprimorada
- Desempenho a longo prazo: Devido à sua alta resistência e resistência à corrosão sob tensão, o aço inoxidável duplex é ideal para aplicações críticas, aplicações duradouras em ambientes agressivos.
6. Desafios na fundição duplex de aço inoxidável
Defeitos de fundição
- Porosidade e encolhimento: Esses defeitos podem afetar a qualidade e integridade das peças fundidas.
- Inclusões: Partículas estranhas ou impurezas podem enfraquecer o material e reduzir o seu desempenho.
Problemas de soldagem e fabricação
- Procedimentos Especiais: A soldagem de aço inoxidável duplex pode exigir procedimentos e materiais de adição especiais para evitar comprometer sua resistência à corrosão e propriedades mecânicas.
- Tratamento térmico: O tratamento térmico pós-soldagem pode ser necessário para otimizar a microestrutura e as propriedades das juntas soldadas.
Complexidade na produção
- Controle Preciso: Gerenciar o equilíbrio entre as fases ferrítica e austenítica durante a fundição requer controle preciso sobre os parâmetros de fundição, como temperatura e taxa de resfriamento.
- Garantia de Qualidade: Medidas rigorosas de controle de qualidade são essenciais para garantir que o produto final atenda às especificações e padrões de desempenho exigidos..
7. Aço inoxidável duplex vs aço inoxidável super duplex
Aço Inoxidável Duplex e Aço Inoxidável Super Duplex são ligas diferentes, embora compartilhem algumas semelhanças.
Ambos são projetados com uma microestrutura bifásica, consistindo de uma mistura de austenítico e ferrítico fases, o que lhes confere excelentes propriedades mecânicas e alta resistência à corrosão.
No entanto, eles diferem em sua composição, desempenho, e aplicações adequadas.
| Recurso | Aço Inoxidável Duplex | Aço Inoxidável Super Duplex |
|---|---|---|
| Composição de Fases | Aproximadamente 50% austenita e 50% ferrita | Aproximadamente 40-50% austenita e 50-60% ferrita |
| Elementos de Liga | Contém menos molibdênio e cromo do que super duplex | Níveis mais elevados de cromo, molibdênio, e nitrogênio |
| Resistência à corrosão | Boa resistência à corrosão por pites e frestas, especialmente em ambientes de cloreto | Resistência superior à corrosão, corrosão em fendas, e corrosão sob tensão em ambientes mais agressivos |
| Resistência à tracção | Geralmente inferior ao super duplex | Maior resistência à tração devido à adição de mais elementos de liga |
| Força de rendimento | Em volta 450 MPa | Em volta 550-720 MPa, maior resistência ao escoamento |
| Aplicativos | Adequado para marinha, químico, e indústrias alimentícias | Usado em ambientes mais agressivos, como plataformas offshore de petróleo e gás, usinas de dessalinização, e processamento químico |
| Custo | Mais barato em comparação com super duplex | Mais caro devido ao maior teor de liga |
Aço Inoxidável Super Duplex
Aço inoxidável superduplex, como Nota 2507, contém níveis mais elevados de cromo, molibdênio, e azoto comparado ao aço inoxidável duplex.
Esses elementos adicionais melhoram sua resistência a ambientes extremos, particularmente em aplicações altamente corrosivas e de alta pressão.
Oferta de aços super duplex resistência superior à corrosão, especialmente em ambientes contendo cloreto e substâncias ácidas.
Eles são usados em indústrias mais exigentes, como plataformas offshore de petróleo e gás, usinas de dessalinização, e reatores químicos, onde condições adversas exigem uma força mais forte, material mais resistente à corrosão.
8. Conclusão
Dúplex fundição de aço inoxidável fornece uma solução robusta para indústrias que exigem materiais com propriedades mecânicas superiores, alta resistência à corrosão, e durabilidade.
Sua combinação única de fases austeníticas e ferríticas oferece inúmeras vantagens, incluindo maior resistência e resistência à corrosão sob tensão.
Entendendo o processo de fundição, vantagens, e aplicações de aço inoxidável duplex ajudarão a garantir que o material certo seja selecionado para seu próximo projeto, maximizando o desempenho e a economia.
Se você tiver alguma necessidade de processamento de aço inoxidável duplex, por favor sinta-se à vontade para Contate-nos.
Conteúdo Adicional
Principais elementos de liga em aço inoxidável duplex
Cromo
Para formar uma película passiva de óxido de cromo estável que protege contra a corrosão atmosférica, o aço deve conter pelo menos 10.5% cromo. O aumento do teor de cromo aumenta a resistência à corrosão do aço inoxidável.
O cromo promove a formação de células cúbicas centradas no corpo (CCO) ferrita, um elemento formador de ferrita. Níveis mais altos de cromo requerem mais níquel para obter austenita ou duplex (ferrita-austenita) estruturas.
O alto teor de cromo também estimula a formação de fases intermetálicas. Os aços inoxidáveis austeníticos normalmente têm pelo menos 16% cromo, enquanto os aços inoxidáveis duplex têm pelo menos 20%.
O cromo também melhora a resistência à oxidação em altas temperaturas, crucial para formar e remover incrustações de óxido ou cores temperadas após tratamento térmico ou soldagem.
A decapagem e remoção de cores temperadas são mais desafiadoras para o aço inoxidável duplex em comparação com o aço inoxidável austenítico.
Molibdênio
O molibdênio aumenta significativamente a resistência à corrosão por pite e em fendas em aço inoxidável. Em ambientes de cloreto, o molibdênio é três vezes mais eficaz que o cromo quando o aço contém pelo menos 18% cromo.
Molibdênio, um elemento formador de ferrita, também aumenta a tendência de formar fases intermetálicas.
Portanto, Os aços inoxidáveis austeníticos geralmente contêm menos de 7.5% molibdênio, enquanto os aços inoxidáveis duplex contêm menos de 4%.
Azoto
O nitrogênio aumenta a resistência à corrosão por pites e frestas dos aços inoxidáveis austeníticos e duplex e aumenta significativamente sua resistência.
É o elemento de reforço de solução sólida mais eficaz e um elemento de liga de baixo custo.
A tenacidade aprimorada do aço inoxidável duplex contendo nitrogênio resulta do maior teor de austenita e da redução da formação de fases intermetálicas.
Embora o nitrogênio não impeça a precipitação da fase intermetálica, isso atrasa, permitindo tempo suficiente para processamento e fabricação.
O nitrogênio é adicionado aos aços inoxidáveis austeníticos e duplex de alta resistência à corrosão com alto teor de cromo e molibdênio para neutralizar a tendência de formar a fase σ.
Azoto, um forte elemento formador de austenita, pode substituir algum níquel em aços inoxidáveis austeníticos.
Reduz a energia de falha de empilhamento e aumenta a taxa de endurecimento da austenita.
Também aumenta a resistência da austenita através do fortalecimento da solução sólida.
Os aços inoxidáveis duplex normalmente contêm nitrogênio e têm seu teor de níquel ajustado para atingir o equilíbrio de fases apropriado..
Equilibrando elementos formadores de ferrita (cromo e molibdênio) com elementos formadores de austenita (níquel e nitrogênio) é essencial para alcançar uma estrutura duplex.
Níquel
O níquel estabiliza a austenita, promovendo a transformação da estrutura cristalina de cúbica centrada no corpo (CCO) ferrita em cúbica de face centrada (FCC) austenita.
Os aços inoxidáveis ferríticos contêm pouco ou nenhum níquel, enquanto os aços inoxidáveis duplex têm um teor de níquel baixo a moderado, tipicamente 1.5% para 7%.
Aços inoxidáveis austeníticos no 300 série contém pelo menos 6% níquel.
A adição de níquel atrasa a formação de fases intermetálicas prejudiciais em aços inoxidáveis austeníticos, embora este efeito seja menos significativo em aços inoxidáveis duplex em comparação com nitrogênio.
A cúbica centrada na face (FCC) estrutura confere ao aço inoxidável austenítico excelente tenacidade.
Como quase metade da estrutura em aço inoxidável duplex é austenita, o aço duplex é significativamente mais resistente que o aço inoxidável ferrítico.
