CAPITULO 1 – MATERIAIS PARA EQUIPAMENTOS DE PROCESSO

Equipamentos de processo: caldeiraria, maquinas e tubulações. Condições específicas para maior grau de confiabilidade: regime de trabalho, cadeia continua onde qualquer redução na produção ou paralização acarreta em prejuizos para a companhia e, condições de operações como fluidos inflamaveis, toxivos, explsivos ou em elevadas temperaturas ou pressoes. Os fatores que podem influenciar a escolha dos materiais dependem do cado específico de aplicação do material e podem ser conflitantes entre si. O problema geral consiste em selecionar e especificar um material que atenda com segurança às condições de serviço de uma determinada aplicação, com menor custo possivel, levando-se em conta as propriedades mecanicas dos materiais, resistenica à corrosão, facilidades de obtenção e de fabricação, vida util e etc. devem ser considerados e evitados os possiveis prejuízos a terceiros, danos ecológicos, infrações de marcas e patentes, etc. Alguns fatores de influência são: resistencia mecanica do material, serviço (temperatura, fluidos em contato e ação dos mesmos, efeito dos residuos, nivel de tensão, natureza dos esforços mecanicos), fabricação do equipamento, disponibilidade dos materiais, custo, experiencia previa, tempo de vida util, variações tolaradas de formas/dimensões, segurança. Fatores específicos de seleção: coeficientes de atrito, condutividade termica, dureza e resistencia à abrasão, possibilidade de solda com outros materiais.

Numerosas circunstâncias variáveis (temperatura, velocidade relativa do fluido, concentração, impurezas, ph, etc) podem modificar completamente o comportamento do material. Algumas partes costumam ser feitas de material diferente e mais nobre do que o empregado para a construção do equipamento.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA EQUIPAMENTO DE PROCESSO

Materiais metálicos são os mais importantes para todas as classes de equipamentos de processo. O aço-carbono é o de maior uso. Possui boa soldabilidade, de fácil obtenção e encontrável sob todas as formas de apresentação, alem de menor preço em relação à sua resistencia mecanica.

RESISTENCIA MECANICA DOS MATERIAIS METALICOS

Parametros: resistencia à tração, ductilidade, tenacidade, dureza, resistencia à fluência e resistênci à fadiga. Essas propriedades variam com a temperatura.Na resistência à tração são determinadosos limites de resistência e escoamento (corresponde à tensao que causa uma certa deformação plastica no material). A ductilidade é a capacidade do material em se deformar sem se romper. A tenacidade é a capacidade do material de resistir a um choque sem se romper. A dureza é a resistencia à penetração superficial. Materiais metálicos de grande dureza são mais sujeitos à corrosão sob tensão. Materiais de dureza elevada possuem baixa ductilidade. A dureza é proporcional ao limite de escoamento. A fadiga mecanica é o fenomeno da ruptura de um material com tensões inferiores ao limite de resistencia, ou de escoamento, em consequencia da aplicação de um carregamento ciclico.

RECURSOS PARA MELHORAR AS PROPRIEDADES MECANICAS DOS MATERIAIS METALICOS

Fatores de influência: composição quimica (o aumento na resistencia mecanica e na dureza pode ser conseguido pela adição de elementos liga, bem como o aumento da resistencia à fluencia, à tenacidade e à abrasão), processos de fabricação, acabamento, conformação e espessura do material (o encruamento é o aumento na tensão necessaria para causar uma nova deformação plastica), tamanho do grão do material (o aumento na resistencia mecanica com a redução do tamanho dos grãos porque torna-se dificil a movimentação das discordâncias devido ao maior numero de barreiras dificultando a condução termica), tratamentos termicos (altera a estratura metalurgica). Os recursos para aumentar a resistencia mecanica de uma material metalico são: adição de elementos liga, trabalhos de deformação à frio, redução no tamanho dos grãos e tratamentos termicos. Para aumentar a resistencia mecanica procura-se diminuir a moviemntação das discordancias. O refino dos grãos é o único recurso que aumenta também a tenacidade.

PROCESSOS QUE CONDUZEM AS FALHAS EM SERVIÇO

Um material metalico pode falhar em serviço por: processos mecanicos (deformação permanente, ruptura ou por fluencia ou por carregamento excessivo, fratura fragil, fratura por fadiga mecanica ou termica), processos mecanicos-quimicos (fadiga associada à corrosão, fragilização por hidrogenio ou por metal liquido, corrosão sob tensào ou corrosão-erosão) e processos quimicos e eletroquimicos (corrosão generalizada, oxidação, carbonetação, sulfetação e outros processos corrosivos, corrosão por pites, em frestas, intergranular, seletiva ou outras formas de corrosão localizada).

TENSÕES ADMISSIVEIS DAS NORMAS DO PROJETO

As tensões admissiveis variam com a temperatura. Em altas temperaturas as tensões admissiveis dependem da deformação permanente residual.

COMPARAÇÃO DE CUSTOS DOS MATERIAIS

Na comparação dos custos dos materiais deve-se levar em consideração: resistencia à corrosão, dificuldade de soldagem, facilidade de conformação e de trabalho do material, necessidade de alivio de tensões (dependendo da espessura do material).

CAPITULO 2 – EFEITO DA TEMPERATURA NO COMPORTAMENTO MECANICO DOS MATERIAIS METALICOS

PROPRIEDADES MECANICAS DOS MATERIAISMETALICOS EM TEMPERATURAS ELEVADAS

O aumento da temperatura faz diminuir o mlimite de resistencia, o limite de escoamento, a dureza e o modulo de eslasticidade dos materiais, além de modificar a estrutura meralurgica, transofrmar quimicamente, reduzis a resistencia à corrosão dentre outros fatores. As propriedades em temperaturas elevadas dependem dos tratamentos termicas e dos processos de fabricação do produto metalico. A elevação na temperatura causa um aumento na

dictilidade. As propriedades mecanicas dos materiais em temperaturas elevadas variam em função do tempo decorrido.

O FENOMENO DA FLUÊNCIA

A fluência é a deformação permanente, lenta e progressiva, que se observa nos metais e nas ligas metalicas com o decorrer do tempo, quando submetidos a um esfor;co de tração em temperatura elevada. O chumbo é um material que possui um baixo ponto de fusão e apresenta fluência mesmo em temperatura ambiente. As deformações por fluência serão tanto maiores e mais rapidas quanto mais altas forem as tensões no material, ou quanto mais elevada for a temperatura. As deformações são irreversiveis e permanentes na faixa de temperatura de fluencia.

A FLUÊNCIA E O PROJETO DOS EQUIPAMENTOS

Deve-se limitar as deformações em peças de vedação, peças com ajustagem mecanica de certa precisão. A composição quimica da liga metalica, o sistema de cristalização e o tamanho dos grãos da estrutura metalurgica afetam muito a resistencia à fluência. A granulação grossa é mais resistente às deformações por fluência do que a granulação fina. Em geral, a resistencia à fluência pode ser melhora pelo aumento do tamanho dos grãos ou pela adição d eelementos de liga. A ESTRUTURA CFC RESISTE MAIS QUE A CCC.

SERVIÇO EM TEMPRATURAS ELEVADAS

Deve-se considerar: temperaturas-limite que possam ocorrer, em operação normal ou em qualquer outra condição; tempo previsto de serviço em cada faixa de temperatura; resistencia mecanica dos materiais na temperatura de projeto; resistencia à fluencia; resistencia à corrosão em temperatura elevada; modificação a estrutura metalurgica do material (e suas consequencias na resistencia mecanica e na resistencia à corrosão). Lembrnado que temperaturas anormalmente altas podem causar incendios ou falhas operacionais.

FRAGILIDADE À BAIXA TEMPERATURA

Alguns materiais metalicos apresentam um comportamento ductil em temperatura ambiente, podem se tornar quebradiços quando submetidos a temperaturas baixas, o que é chamado fragilidade à baixa temperatura. Apresentam pouco ou nenhuma deformação previa. Não causam nenhum dano permanente ao material, sendo tanto a ductilidade como a resistencia ao impacto plenamente recuperadas quando o material é aquecido. A fratura fragil sera tanto maior quanto maior for a tensão no material e mais baixa a temperatura. As fraturas frageis é uma caracteristica de materiais de cristalização CCC (cubica de corpo centrado)

CONDIÇÕES PARA FRATURA FRAGIL

Condições: tensão de tração elevada, existencia de um entalhe suficietemente grave ou temperatura inferior a um certo valor que depende da natureza do material.

FATORES DE INFLUÊNCIA PARA AS FRATURAS FRAGEIS

O aspecto e a posição da curva de variação da energia de ruptura com a temperatura podem varia de acordo com: natureza e nivel das tensões (quanto mais elevadas forma as tensões no material, maior será a probabilidade de ocorrer um fratura fragil), espessura da peça (a elevação da tensão elastica favorece a fratura fragil, a tensão aumetará até causar a clivagem), existencia de contradores de tensões ou entalhes (a maior quantidade, tamanho ou gravidade favore grandemente a deflagração de uma fratura fragil), composição quimico e elementos presentes, tamanho dos grãos de estrutura metalurgica (granulação grosseira tem menor resistencia à fratura fragil do que os grãos que tenham granulação fina), tratamento termicos, a direção da laminação em relação à peça, processo de fabricação e estado da superficie, etc. é necessario a ocorrência simultânea de 3 condições para o desecadeamento de uma fratura fragil. Não há nenhuma modificação na micro-estrutura ou nas propriedade do material que antecedem a esse tipo de fratura.

TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO – TESTES DE IMPACTO

É a temperatura abaixo da qual existe a possibilidade de fratura fragil de uma peça metalica. Não é uma caracteristica fisica do material metalico. Peças mais espessas tem mais tendencia à fratura fragil.

OCORRENCIA DE BAIXAS TEMPERATURAS

Podem ocorrer como condição normal de operação ou como condição eventual. 2 causas: descompressão acidental de um gas que seja mantido liquefeito, sob pressao em temperatura ambiente e teste hidostático em equipamentos

SERVIÇOS EM BAIXAS TEMPERATURAS

Devem ser considerados: minimos de temperatura, seleção de materiais (em função do minimo de temperatura, da espessura de cada peça e do nivel de tensões do material), testes de impacto, detalhes do projeto, alívio de tensões (tratamentos termicos), inspeção de materia prima e de fabricação e segurança e custo. Deve-se evitar: cargar concentradas, transições bruscas de formas, transições bruscas de espessura, reforços em aberturas, abertura em forma não-circular e soldas em ângulo.

A fratura frigil resulta, quase sempre, na perda completa do equipamento. A única maneira efetiva de se evitar qualquer risco é adotar um material que se mantenha sempre ductil, mesmo nos minimos de temperatura e que não exista nenhum defeito no material ou nenhum ponto de forte concentração de tensão.

CAPITULO 3 – CORROSÃO

GENERALIDADES SOBRE CORROSÃO

É um conjunto de fenomenos de deterioração prograssiva dos materiais, principalmente metalicos, em consequencia de reações quimica ou eletroquimicas entre o material e o meio ambiente, ou com o proprio fluido, pela atmosfera externa, pelo contato com a agua ou com o solo, pelo contato entre diferentes metais diferentes ou pela ação simultânea de mais de uma dessas causas. É um processo espontâneo. A corrosão nada mais é do que a reversão natural dos metais para a forma de compostos mais estaveis, que são justamente os minerios de origem. É um fenomeno de longa duração.

CORROSÃO METALICA: ELETROQUIMICA E QUIMICA

A corrosão eletroquimica é devido à ocorrencia de reações que envolvem o tranposrte de cargas eletricas atrasves de um eletrolito, em meios umidos com presença de agua, ou não. Tambem é denominada corrasao umida, ocorre na temperatura ambiente, ou um pouco acima. O ataque quimico é devido a reações quimicas diretas do material com o meio corrosivo. A corrosão eletroquimica é a maior causadora de prejuizos.

CAUSAS DA CORROSÃO ELETROQUIMICA – PASSIVAÇÃO

É necessario que haja um circuito eletrico completo com elementos metalicos entre os quais existam uma diferença de potencial. O anodo será corroido enquanto o catodo sera o elemento protegido. Causas para a origem da diferença de potencial: irregularidades microscopicas na superficie (ou não), diferença de estado de tensões, diferença de tratamento termico de uma regiao para a outra, diferença de trabalho de deformação à frio, diferença de temperatura, de umidade, de aeração ou de iluminação, diferença de acabamento superficial, metais de diferentes ligas metais, defeitos ou falhas de revestimentos, diferença de concentração do fluido. As pilhas de corrosão serao formadas por graos vizinhos entre os quais existam diferenças de natureza, de estrutura cirstalina, de composição quimica, de tamanho, de orientação, etc, bem como a existencia de inclusões, segregações, bolhas e trincas. Os metais puros e as ligas monofasicas são mais resistentes à corrosão por neles não existem graos de natureza diferente. A destruição das areas anodicas sera tanto mais rapida quando maior for a intensidade da corrente eletrica. A corrosao é um fenomeno lento e progressivo. A passivação corre quando os residuos da corrsao formam uma pelicula forte, continua, impermeavel e aderente sobre a superficie do material, isolando-o do com o ambiente corrosivo, interrompendo, dessa forma, a pilha de corrosão e impedindo o seu prosseguimento. A ferrugem é altamente porosa, não evitando o contato do material como meio corrosivo. A possibilidade de um material ser passivado depende do potencial de eletrodo do material e do eletrolito (meio corrosivo) e do ph do eletrolito. Verificar o diagrama de pourbaix onde há regiões que inidicam atividade (corrosão), passividade e imunidade.

FORMAS DE CORROSÃO ELETROQUIMICA

A corrosão uniforme é a perda de espessura constante. A corrosão localizada podera se rlenta ou ate muito rapida. Nas forma microscopicas pode haver um dano consideravel antes que o efeito seja visivel geralmente de ação mais rapida.

CORROSÃO UNIFORME E CORROSÃO POR PITES

Na corrosão uniforme as diferenças de potencial são causadas pelas irregularidades microscopicas na estrutura metalurgica. O ferro e o aço não são materiais passiveis.

A corrosão por pites apresenta um pequeno diametro e uma maior profundidade. É uma forma destrutirva e perigosa de corrosão. Este tipo de corrosão é caracteristica de materiais passivados. A causa é a existencia de pequenas areas no material, altamente anodicas em relação às areas catodicas, chamada pilhas passivo-ativo. Dentre os motivos para este fenomeno são: danificação, destruição ou não-regeneração em alguns pontos da camada passivadora, defeitos locais no material, quaisquer defeitos ou descontinuidades ou produtos da corrosão uniforme, formando sobre o material uma caracteristica descontinua ou irregular. A corrosão alveolar é uma variante da corrosão por pite, em qua as cavidades são de maior diametro e menor profundidade.

CORROSÃO SOB TENSÃO

Provocada pela existencia de tensões de tração em algumas regiões da peça metalica. Aparecimento de trincas intergranulares ou transgranulares, ramificadas ou não. Para este tipo de corrosão é necessaria a presença de 3 fatores: tensão de tração elevada, meio corrosivo e material metalico suscetivel. Pode ser agravada por: altos valores de limites de scoamento e da dureza do material, nivel de tensões de tração e concentração e temperatura do meio corrosivo. A corrosão sob tensão é um fenomeno tipico de alguns materiais metalicos em contato com determinados meio corrosivos. Admite-se que somente metais quimicamente puros são inertes à corrosão sob tensão. Não existe nenhum meio de impedir o aumento da propagação de trincas.

OUTRAS FORMAS DE CORROSÃO

CORROSAO GALVANICA

Caracteristica que se dá quando 2 metais ou 2 ligas em contato com um meio eletrolitico formando uma pilha ativa-passiva. É tanto maios intensa quanto mais distanciados entre si estiverem os 2 materiais na serie de pontencial eletrico ou quanto melhor condutor de eletricidade for o meio corrosivo. A resistencia à corrosão de um material é tanto maior quanto mais proximo ele estiver da extremidade catodica da serie galvanica. Dependerá também da relação de areas, é mais intensa quando a área anodica dor muito menor, neste caso a corrosao estara localizada e muma area pequena. Pode ser contolada pela colocação de anodos de sacrificio, constituidos por elementos de metais altamente anodicos.

CORROSAO SELETIVA

Forma de corrosao preferencial nas quais apenas um dos elementos de uma liga metalica é corroido porque existe uma grande diferença de potencial entre os 2 elementos. Na dezincificação o zinco é atacado, a corrosao grafitica ocorre nos ferros fundidos cinzentos.

CORROSAO EM FRESTAS

Quando liquidos corrosivos ficam retidas ou estagnadas em frestas, cavidades ou quaisquer espaços confinados, possibilitando a corrosao por pilha de aeração diferencial ou por pilhade concentraçào inocia diferencial. O ataque será tanto mais intenso quanto menor for a abertura da fresta e quanto maior for a sua profundidade.

CORROSAO INTERGRANULAR

Formam-se trincas microscopicas ao longo do contorno dos grãos da estrutura metalurgica do material.

CORROSAO INCISIVA

É variante da corrosao intergranular, apresentando-se em uma faixa muito estreita ao longo das soldas, causada tambem pela diminuição do cromo livre.

CORROSÃO BACTERIOLOGICA

A ação de microorganismos pode ocasionar: a produção de acidos mineirais, acidos organicos, destruindo acamada passivadora ou revestimento proptetores bem como despolarizando àreas catodicas pelo consumo de hidrogenio

CORROSÃO POR GASES EM TEMPERATURA ELEVADA

Provoca varias reações como: oxidação, sulfetação, carbonetação. A forma de corrosão uniforme é ativada pelo aumento de temperatura.

FATORES QUE INFLUENCIAM A CORROSÃO

Caracteristicas do fluido em contato (concentração do fluido – corrosão mais severa para altas concentrações, ph, presença de impurezas, presença de oxigenio, carater oxidante ou redutor do fluido, gases dissolvidos em liquidos ou solidos em suspensao – os solidos em suspensao possibilitam a erosão), temperatura (o aumento da temperatura aumnta a atividade quimica e temperturas acima do ponto de orvalho não ocorrem em diversas formas de corrosão eletroquimica), umidade, velocidade, pressao, esforços ciclicos, tensões mecanicas, condições de superficie do metal (quanto maios for o acabamento superficial, tanto maior sera a sua resistencia à corrosão), interface entre liquido e gas e interface solo-atmosfera, corrosão atmosferica (agrava pelo aumento da poluiçào, pelo aumento da umidade e pela atmosfera marinha).

MEIO DE CONTROLE DA CORROSÃO

PROJETO CONTRA A CORROSÃO

Providencias como: emprego de materiais mais resistentes à corrosão, emprego de revestimentos protetores (quanto menor for a área do defeito ou falha, mais grave sera o problema, porque menor sera a area anodica e assim a corrosão localizada sera mais intensa e mais rapida), detalhes de projeto contra a corrosão, margem para a corrosão e proteção catodica (por anodos de sacrificio ou por corrente impressa). Anodos de sacrificio são ligados

eletricamento ao equipamento, são eficientes e economicos porem dependentes de inspeções e substituições periodicas. A corrente impressa consiste em fazer um circuito circular com uma corrent eeltrica continua entre o solo e o equipamento. Em contato com a atmosfera a proteção catodica não é possivel porque exigiria a existencia de um eletrolito continuo. Espessura de sacrificio pode ser utilizada em formas de corrosão que resultam na redu;cao de espessura do material como: corrosão-erosao, corrosão seletiva e alguns casos moderadas de corrosão por pites mas não adiantam com as corrosões intergranular e trangranular. Pequenas diferenças de natureza do fluido, concentração, temperatura, velocidade, ph podem alterar o comportamento do material quanto à resistencia à corrosão. Quando se aumenta a margem para corrosão aumenta-se a vida util provavel da peça metalica.

CORROSÃO NOS MATERIAIS NÃO-METALICOS

Nos materiais polimericos não existem reações eletroquimicas. A corrosão para este tipo de material sera consequencia exclusica de reações quimica diretas entre o material e o fluido em contato ou da dissoluçõ do material no fluido.

CAPITULO 4 – AÇO-CARBONO (liga de ferro e carbono)

Suas propriedades podem ser melhoradas por meio de tratamento termicos ou de trabalhos de deformação a frio no material causando uma redução na ductilidade do aço. Possui um menor preço em relação à sua resistencia mecanica, é facil de se obter, de se trabalhar, de se soldar e encontravel em todas as formas de apresentação.

EFEITOS DA COMPOSIÇÃO QUIMICA

O aumento na quantidade de carbonos provoca um aumento na dureza e nos limites de resistencia e escoamento e uma redução na dusctilidade e no alongamento, deixando a soldagem cada vez mais dificil. A quantidade d ecarbono tem grande influencia na tenacidade e nas propriedades do aço em baixas temperaturas. Os limites de resistencia e de escoamento são maiores para as chapas finas do que para as chapas grossas porque as finas sofrem maior numero de passem de laminação o que contribui para melhorar a resistencia mecanica.

SOLDABILIDADE E TRATAMENTOS TERMICOS

O alivio de tensões causa uma redução doslimites de resistencia e de escoamento, um aumento na temperatura de transição ductil-fragil e alguma alteração dimensional. O aço carbono laminado não é submetido a nenhum tipo de tratamento termico. Quanto menor for o tamanho dos grãos e quanto mais uniforme a estrutura, melhor sera a soldabilidade.

EFEITOS DA TEPERATURA ELEVADA NOS AÇOS-CARBONO

A variação do limite de reisstnecia com a temperatura depende da qualidade do aço, do processo de fabricação e dos tratamentos termicos. Os aços mais desfavoraveis quanto a esse aspecto são os de grão fino. Qualquer meio oxidante, em temperaturas elevadas, sofrem uma

intensa oxidação superficial e escamação. A exposição prolongada a temperaturas superiores pode causar a grafitização, ou seja, a decomposição de cementita e a liberação de carbono livre, fragilizandoo e tornando-o muito quebradiço. O aquecimento do aço-carbono a determinadas temperaturas provoca o crescimento exagerados dos grãos e a esferoidização, que diminuem a sua existencia mecanica. Em temperaturas superiores a 400 os aços serao totalmente acalmados, preferir os aços de grãos grossos.

EFEITO DAS BAIXAS TEMPERATURAS NO AÇO-CARBONO

O aço apresente a transição de comportamento ductil-fragil em baixas temepraturas e é muito influenciada pela composição quimica e pelo tamanho dos grãos. O aumento na quantidade de carbono é desfavoravel porque causa um alargamento na faixa de temperatura de transição e uma redução a energia absorvida nos testes de impacto. O aluminio refina os grãos da estrutura metalurgica. A temperatura de transição ductil-fragil é influenciada por outros fatores como o nivel de tensões, a espessura da peça, a existencia de entalhes e os tratamentos termicos. O tratamento termico de alivio de tensões melhora muito o comportamento dos aços em baixas temperaturas porem a repetição desse tratamento é prejudicial porque pode causa o aumento do tamanho dos grãos.

CORROSÃO NOS AÇO-CARBONO

A ferrugem é tanto mais intensa e mais rapida quanto maiores forem a umidade e a temperatura, a presença de agentes poluidores acelera a corrosão. A ferrugem normalmente não passiva o aço porque a camada de oxido é altamente porosa e não impede o prosseguimento da corrosão. Pequenas quantidades de cobre, niquel, niobio ou cromo melhoram a resistencia do aço à corrosão atmosferica. Os aços patinaveis desenvolvem uma ferrugem compacta e aderente com caracteristicas protetoras.

TIPOS DE AÇO-CARBONO

A quantidade maxima de carbono permitida varia bastante com a espessura do material. Para espessuras grandes é necessario aumentar a quantidade de carbono para garantir a mesma resistencia mecanica.

AÇOS DE BAIXO CARBONO

São faceis de trabalhar à frio, muito faceis de soldar.

AÇOS DE MEIO CARBONO, NÃO ACALMADOS

Possuem melhor resistencia mecanica

AÇOS DE MEDIO CARBONO, ACALMADOS PARA TEMPERATURAS ELEVADAS

São mais caros do que os não acalmados

AÇOS PARA BAIXAS TEMEPRATURAS

Alguns aços são acalmados com aluminio no lugar de silicio, o que refina os grãos e melhora a tenacidade e a resistencia ao impacto. Possuem melhor soldabilidade do que os especificos

para temperaturas elevadas embora sejam especificos para baixas temperaturas, são os preferidos para vasos de pressão e outros equipamentos importantes.

AÇOS DE QUALIDADE ESTRUTURAL

Destinados a construção de estruturas metalicas no geral ão sujeita à pressão. Não possuem composição quimica completamente definida e são sensivelmente mais baratos. Aços de qualidade comenrcial são materiais não qualificados e não costumam ser empregados em nenhuma parte de qualquer equipamento de processo.

AÇOS-CARBONO DE ALTA RESISTENCIA

Materiais submetidos a tratamento termicos de tempera e revenido com elevados limites de resistencia, de escoamento e de dureza. A porcentagem de carbono é muito baixa e a solda é muito facil. Não é adequado para temperatura elevdas nem para serviços em baixas temperaturas, são mais susctiveis à corrosão sob tensão e à fratura frágil além de serem empregados em altas pressões ou grandes dimensões.

CAPITULO 5 – AÇOS LIGA

Possuem qualquer quantidade de outros elementos além do que entram na composição quimica do aço-carbono, além de serem mais caro. Classificados em aços de: baixa liga, media liga ou alta liga. Aços inoxidaveis são aços de alta liga com no minimo 12% de cromo. Principais casos onde são necessarios os empregos desses aços especiais: altas temperaturas (temperaturas acima dos limites de uso pratico dos aços-carbono, onde é necessaria uma maior resistencia mecanica, maior resistencia à fluência ou meio resistencia à corrosão ou à oxidação), baixas temperaturas, alta corrosão, necessidade de não-contaminação, segurança (contra vazamentos ou outros acidentes) e alta resistencia.

AÇOS LIGA MOLIBDENIO E CROMO-MOLIBDENIO

Podem ser empregados em temperaturas elevadas e possuem até 1% de molibdenio e 9% de cromo, são materiais magneticos de estrutura ferritica. O efeito da adiçao do cromo ao aço é uma melhoria na resistencia à oxidação e na resistencia à corrosão (capaz de passivar o ferro). Os efeitos são tanto mais acentuados quando maior for a quantidade de cromo no aço. Para os aços não-inox, com menos de 12% de cromo, a ferrugem existe embora mais acentuada e progredindo de forma mais lenta. A medida que aumenta a quantidade de cromo, aumenta a temperatura de inicio de formação de carepas e decresce a velocidade de aumento da oxidação com a temperatura. O cromo aumenta a resistencia a grafitização e com a adiçao de Si, pode reduzir sensivelmente a oxidação em temperaturas elevadas. O molibdenio melhora a resistencia à fluencia do aço, aumenta a resistencia mecanica em temperaturas elevadas e as resistencia à corrosão por pites. Essas ligas são soldaveis. As temperabilidade aumenta a medida que aumenta a quantidade de cromo e molibdenio no aço, causando dureza excessica e tendecia à trincas à frio nas soldas. Esses aços-liga podem ser trabalhados à frio. Para um melhor comportamento à fluência, pode-se aumentar a granulação do aço.

EFEITOS DE TEMPERATURA NOS AÇO-LIGA MO E CR-MO

A principal açao do molibdenio é o grande aumento que causa à fluência. Quanto mais molibdenio, mais tensão admissivel dos aços-liga de baixo cromo/alto cromo devido à reduçào na resistencia à fluencia.

EMPREGO DOS AÇOS-LIGA MOLIBDENIO E CROMO-MOLIBDENIO

Cromo/molibdenio aumentam a resistencia do a;co ao ataque pelo hidrogenio em altas temperaturas

A;COS-LIGA NIQUEL

Empregados para baixas temperaturas, não são facilmente soldaveis, tem transição ductil-fracil, mas a faixa de temperaturas de tranisção é tanto mais baixa quanto maior for a quantidade de niquel presente. Para um melhor comportamento em baixas temperaturas pode-se refinar os grãos.

OUTROS AÇOS-LIGA

Aços-liga com manganes são destinados à temperatura ambiente e moderada ou em baixas temperaturas aplicados em grandes dimensões ou para pressoes elevadas. Manganes tem a finalidade de conseguir melhor resistencia mecanica e tenacidade. Os aços micro-ligados podem conter diversos elementos proporcionando um aumento na resistencia mecanica sem prejuizo na ductilidade, tenacidade e resistencia à fadifa. A quantidade de carbono é geralmente muito baixa o que melhora a soldabilidade. Os aços-liga de alta resistencia não são apropriados para trabalho em baixas temperaturas nem em temperaturas elevadas.

CAPITULO 6 – AÇOS INOXIDAVEIS

Não enferrujam, mesmo pela exposição prolongada a uma atmosfera normal. Possuem 12% de cromo e são mais caros. O grau de inoxibilidade ao aço depende da estabilidade da pelicula passivadora de oxidos do cromo. Classificados em aços inoxidaveis: austeniticos, ferriticos e martensiticos. Estao sujeitos à corrosao por pites e corrosão por frestas nos meios em que a passivação é rompida. Sua resistencia à corrosão depende bastante do estado de acabamento da superficie do metal. Estao sujeitoao fenomenos da corrosao-erosão.

AÇOS INOX AUSTENITICOS

Os aços austeniticos são os mais importanto, de maior custo meio e de melhor resistencia à corrosao. Não são temperaveis. A estabilização da austenita é adquirida pela adição de 7% de niquel (ou niquel e manganes) ou pelo acrescimo de pequenas quantidades de nitrogenio. Classificados em: aço de carbono normal, aço de baixo carbono e aço de carbono controlado. Os aços austeniticos com a adição de nitrogenio melhoram a resistencia mecanica do aço. Utilizado tambem para estabilizar a austenita e aumentar a resistencia à fluência. Possuem melhor a resistencia à corrosão, custo elevado e são imunes à sensitização.

PROPRIEDADES

São todos magneticos e apresentam grande coeficiente de dilatação. Possuem estrutura cristalina CCC e tem grande resistencia à fluência (principalmente os que contem molibdenio e os tipos estabilizados), menores tensões admissiveis e maior temperaturas de inicio de oxidação. Os aços de baixo carbono possuem menor resistencia à fluencia. Possuem também grande resistencia à fadiga mecanica, são faceis de deformar à frio, não apresentam temperatura de transição ductil-fragil e são imunes às fraturas frageis. Tendem a formar ferrita: Mo, Si, Ti, Nb e Cr. Tendem a formar austenita: C, Ni, Mn, N e Cu. Aços com mais de 17% de Cr há uma formação da fase sigma (proveniente da ferrita) tornando a aço duro e quebradiço, motivandoa ocorrencia de trincas durante o resfriamento ou soldagem. Os aços austeniticos são materiais de solda fácil. A difusão do carbono resulta em uma perda de resistência mecânica e em fragilização.

AÇOS AUSTENITICOS – CORROSAO EM GERAL

Para este aço é possível corrosão intergranular e corrosão sob tensão em presença de cloretos. Todos os aços austeniticos possuem grande resistência à oxidação em temepratura selevadas. Os ciclos sucessivos de aquecimento e resfriamento podem danificar a película passivadora, devida à diferença de coeficientes de dilatação entre o material e a película de óxidos. Os aços austeniticos possuem grande resistência aos hidrocarbonetos em temperaturas elevadas.

SENSITIZAÇÃO E CORROSAO INTERGRANULAR NOS AÇOS AUSTENITICOS

Sensitização é a formação de carbonetos complexos de cromo devido a combinação do cromo com o carbono livre resultante da decomposição da cementita. O aço sensitizado fica sujeito à corrosão intergranular, caracterizada por trincas no contorno dos grãos. A sensitização é mais intensa quanto e tanto mais rápida quanto maior for a quantidade de carbono no aço, ou quanto mais tempo o material ficar na temperatura critica. Todos os aços austeniticos podem

ser sensitizados pó tratamento térmico ou pelo próprio processo de fabricação da peça. Essa corrosão é difícil de ocorrer em pequenas espessuras porque a dissipação de calor é muito rápida. Para conrtornar o problema da sensitização é possível reduzir a quantidade de carbono ou adicionar pequenas quantidades de elementos estabilizantes porem nenhum dos métodos de controle da sensitização é absoluto. A sensitização não prejudica as propriedades mecânicas do aço nem a resistência à baixas temperaturas ou à fluência, também não diminui a resistência à corrosão atmosferica ou a resistência a muitos outros meios corrosivos. É possível desfazer a sensitização por meio de um tratamento térmico chamado recozimento de solubilização. Características para os aços estabilizados: maior resistência mecânica, menor resistência à corrosao e alguns sujeitos à corrosão incisiva. Características para o aço de baixo carbono: menor resistência mecânica, maior resistência à corrosão, sujeitos à sensitização e maior tenacidade e resistência à fadiga. Os aços com Ti possuem mais tendência à geração de fase sigma.

AÇOS INOXIDAVEIS FERRITICOS E MARTENSITICOS

Aços inox isentos de níquel. São ligas magnéticas que não temperam, endurecem quando submetidas a trabalhos de deformação à frio e possuem elevados valores de dureza a limite de resistência. O tipo de estrutura do aço depende das porcentagens de carbono e cromo presentes. Aços ferriticos +14% de cromo, aços martensiticos -14% de cromo. A resistência mecânica em temperaturas elevadas e a resistência à fluência desses aços inox ferriticos e martensiticos são comparáveis com as resistências dos aços de baixa liga, sendo a resistência à flunecia sensivelmente inferiror à dos inox austeniticos. Os aços possuem menor resistência em temperturas elevadas alem de estarem sujeito à fraturas frágeis. Aços ferriticos são de solda difícil devido ao crescimento exagerado e irreversível dos grãos resultando em uma fragilização e uma perda da ductilidade. Para os aços martensiticos a solda também é difícil devido à possibilidade de fissuração a frio pelo hidrogênio. Devido à essas dificuldade é muito raro o emprego desses aços para estruturas soldadas, são utilizados apenas para revestimentos. Nos aços com cromo acimen de 17% há a formação da fase sigma, essa tendência será maior quanto maior dor a porcentagem de cromo no aço. Uma quantidade significativa de fase sigma fragiliza gravemente os aços. O numero de meios capazes de provocar uma corrosão intergranular nesses aços é bem menos do que ara os aços austeniticos e por isso o fenômeno é mais raro de ocorrer. A sensitização independenda quantidade de cromo entao a redução na quantidade de carbono diminui a tendência à sensitização.

AÇOS FERRITICOS E MARTENSITICOS – CORROSAO EM GERAL

Esses aços são menos resistentes à corrosão do que os aços austeniticos. Nos aços martensiticos, a tempera (tratamento térmico) melhora a resistência á corrosão.

AÇOS INOX ESPECIAIS

São muito mais caros e foram desenvolvidos para atingir: melhor resistência à corrosão, em particular menor suscetibilidade à corrosão por pites e corrosão sob tensão e à sensitização e corrosão intergranular e maior resistência mecânica. A resistência à corrosão por ser obtida atrávez da adição de uma alta porcentagem de níquel ou silício. A resistência à corrosão por

pites é conseguida com adição de molibdênio. Uma maior resistência mecânica pode ser conseguida com a adição de nitrogênio ou pelo endurecimento por precipitação.

CAPITULO 7 – OUTROS METAIS FERROSOS

FERRO FUNDIDO CINZENTO

É obtido por refusao de gusa com sucata de aço ou do próprio ferro fundido. É um material quebradiço que possue baixas ductilidade, resistência à tração, resistência mecânica porém grande fusibilidade alem de boa resistência à compressão e grande capacidade de absorção de vibrações. Não pode ser trabalhado a frio e esta sujeito à grafitização e penetração de gases na estrutura metálica. A resistência a corrosão do ferro fundido é sensivelmente melhor do que a dos aços-carbono devido a maior quantidade de carbono livre e de cementita. Os resíduos da corrosão não são tóxicos. A corrosão grafitica, fenômeno superficial e muito lento, destrói o ferro reduzindo a estrutura esponjosa de baixíssima resistência mecânica. Empregado em serviços para águas e esgotos, não permitem sua utilização em serviços com fluidos perigosos, geração de vapor, presença de chama ou pressão de nenhum tipo

FERRO MALEAVEL

Obtido a partir do tratamento térmico do ferro fundido branco onde a cementita é decomposta formando grãos esferoidais de grafite. Não esta sujeito à corrosão grafitica. Possui boas qualidades mecânicas sendo mais dúctil, maleável e com limites de resistência à tração mais elevados. Não é soldável e pode ser empregado em tubulações para pequenos diâmetros e baixas pressões.

FERRO NODULAR

É um ferro fundido obtido por um processo especial onde é adicionado Mg ou/e Ce.possui qualidade mecânicas e de resistência `temperaturas muito superiores às dos ferro fundido. A ductilidade é bastante boa e não é sujeito à corrosão grafitica alem de não ser soldável.

FERRO FORJADO

Quase um ferro puro com um teor muito baixo de carbono. Solda-se facilmente e tem boa resistência à fadiga, aos choques e às vibrações. A resistência mecânica é baixa e resiste muito bem à ação da atmosfera e do solo.

FERRO LIGADO

São os ferros fundidos com elementos de liga. Os mais importantes são ferro-silicio e os ferro-niquel. O ferro-silicio tem até 16% de Si e são materiais frageis, mas com dureza superficial muito elevada e com excepicionais qualidades de resistencia à corrosao e à abrasao. A resistencia mecanica é fraca, principalmente ao choque e a usinagem é extremamanete dificil. As propriedades são tanto mais acentuadas quanto maior forem as porcentagens de SI na liga. São empregados em serviços de baixa pressao com alta corrosao ou alta abrasao. Os ferro-niquel possuem expecionais qualidades de resistencia à corrosao, à abrasao e aà temperatura,

tanto elevada quanto muito baixa alem de boa resistencia mecanica e ductilidade e ótima usinabilidade. as ligas ligas tem preço elevado e não são soldaveis.

CAPITULO 8 – METAIS NÃO-FERROSOS

São metais ou ligas metalicas isentos de ferros ou que apresentam apenas pequena quantidade. Possuem melhor resistencia à corrosao e preco elevado alem de, menor resistencia mecanica e menor resistencia às altas temperaturas e melhor comportamento em baixas temperaturas. Os metais não-ferrosos tem sido subtituidos, com vantagem de preço e de resistencia à corrosao, pelos materiais polimericos.

COBRE E LIGAS

Classificados em: cobre comercial, latao (cobre e zinco – mais economicas), bronze (cobre, estanho e aluminio) e cobre-niquel.

COBRE COMERCIAL

Possui pelo menos 98% de cobre alem de ponto de fusao elevado e temperatura-limite de utilizaçao moderada, reducao na resistencia mecanica. O cobre (estrutura CCC) não apresenta temperatura de transiçao ductil-fragil mantendo alta ductilidade. É soldavel e possui excelente condutividade termica. O cobre tem uma excelente resistencia à corrosao, devido à formaçao da camada passivadora de oxidos complexos, que é resistencia e rapidamente regeneravel e praticamente insoluvel em agua. Possui custo elevado e baixa resistencia mecanica. Latoes e bronzes são os mais baratos e de maior resistencia. As altas velocidades e os turbilhonamentos poderao causar problemas de corrosao por turbulencia. Os residuos da corrosào do cobre são bastante toxicos.

LATOES

Ligas de cobre e zinco. Quanto maior for a quantidade de zinco, maior sera a resistencia mecanica do latao e menor sera seu custo e sua resistencia à corrosao. Latoes com mais de 15% de zinco estao sujeitos à dezincificaçao reduzindo a liga a um material esponjoso constituido de cobre quase puro e sem qualquer resistencia mecanica. O aumento da temperatura e/ou de velocidade relativa do fluido é sempre agravante da dezincificaçao. A medida que aumenta a quantidade de zinco no latao, aumenta a incidencia de dezincificaçao. O aumento na quantidade de zinco diminui a tendencia à corrosao por turbulencia, podendo-se admitir maior velocidades de circulaçao do fluido.

BRONZES

São ligas de cobre com Sn, Al, P, Si e outros, contendo de 85 a 95% de cobre com resistencia à corrosao semelhante à do cobre comercial, melhores qualidades mecanicas e de resistencia à temperatura.

COBRE-NIQUEL

Ligas à base de cobre de melhor resistencia à corrosào e à temperatura elevada e tambem de mais alto preço. Quanto maior for a quantidade de niquel na liga, melhor sera a resistencia à corrsao e à temperatura e mais elvado sera seu custo. Possui resistencia mecanica equivalente às dos bronzes e excelente resistencia à corrosao.

ALUMINIOS E LIGAS

São muito leves e baratos, possuem boa resistencia à corrosao e um alto poder de conduçao e de reflexao do calor. A resistencia mecanica do aluminio puro é baixa, as das ligas de aluminio são bem melhores.o aluminio é um dos metais de melhor comportamento em baixas temperaturas pois nessas condiçoes há um aumento nos limites de resistencia e de escoamento, reduçao no alongamento e sua resistencia ao impacto continua a mesma. É um metal muito reativo que passiva facilmente formando uma pelicula de oxidos fina, tenaz e muito aderente. Os residuos da corrosao são brancos, inodoros e não são toxicos. Empregados em industrias alimentares, de bebidas e produtos farmaceutico. Desvantagem: baixo ponto de fusao.

NIQUEL E LIGAS

Possui excepcional resistencia à corrosao (passivaçao complexa) e muito boas qualidades mecanicas e de resistencia às temperaturas tanto altas como baixas. Custo elevado e solda facil. Apresentam excelente resistencia em temperatura ambiente e moderada tanto nos meio oxidantes quanto nos meios redutores.

NIQUEL COMERCIAL E METAL MONEL

Niquel comercial: niquel praticamente puro com pouco aplicaçao e preço elevado sendo empregados em serviços severos com causticos. Os residuos da corrosa do niquel não são toxicos. Monel: soluçao solida niquel-cobre.

CHUMBO E LIGAS

Metal macio, extremamente ductil e com grande capacidade de absorver choquer e vibraçoes. A resistenciamecanica é muito baixa, esta sujeito a deformaçoes por fluencia, mesmo em temperatura ambiente. Possui uma extraordinaria resistencia à corrosao devido a uma resistente camada passavadora de oxidos. Os residuos da corrosao do chumbo são muito toxicos o que impede seu uso em algumas aplicaçoes. Pode ser empregado apenas como material para revestimento devido à sua pequena resistencia mecanica e baixo ponto de fusao.

TITANIO, ZIRCONIO E LIGAS

Titanio e zirconio são muito reativos, possuem grande afinidade com o oxigenio e se passivam rapidamente. Seu filme é bem mais resistente e impenetravel do que o filme passivador do aços inox ou do aluminio. Possuem otima resistencia mecanica e à abrasao, à erosao e à cavitaçao. Sua soldagem é possivel e usual mas não é fácil. A resistencia do zirconio é melhor que a do titanio. Possuem preco muito elevado e são empregados em serviço de alta corrosao.

CAPITULO 9 – MATERIAIS POLIMERICOS

Em geral apresentam: pouco peso, alta resistencia à corrosao, custo emnor, coeficiente de atrito muito baixo, baixa condutividade termica, são isolantes eletricos, facilidade de fabricaçao e de manuseio, produçao economicamente vantajosa (necessaria pouca energia para sua tranformaçao), reciclagem por reprocessamento, vasta gama de propriedades, dispensa da pintura, podem ser transparentes ou translucidos, absorçao de vibraçoes, de choques e de ruidos, baixa resistencia à temperatura, baixa resistencia mecanica (melhor com a adiçao de fibras de vidro ou de amianto), pouca estabilidade dimensional, alto coreficiente de dilataçao, são combustiveis e possuem propriedades dieletricas. Classificados em: materiais plasticos (termiplasticos e termoestaveis ou termofixos) e elastomeros. Para os termoplasticos, um aquecimento causa um amolecimento progressivo ate sua fusao, sem que ocorram modificaçoes expressivas em todas as suas propriedades podendo ser reaproveitado repetidas vezes. A medida que aumenta o numero de atomos de carbono na molecula, aumenta a resistencia mecanica e diminui sua facilidade de conformaçao. Para os termoestaveis o endurecimento é irreversivel, porque produz ligaçoes cruzadas. São insoluveis e infusiveis e não podem ser amolecidos ou moldados pelo calor porque causara a degradaçao completa do material. Devido às ligaçoes cruzadas, os termoestaveis possuem maior resistencia à temperatura e melhor estabilidade dimensional alem de preço mais alto. Os elastomeros são materiais plasticos a temperatura ambiente com extraordinarios elasticidades e flexibilidade. Tambem possuem ligaçoes cruzadas e são igualmente insoluveis e não podem ser reciclados por fusao.

EMPREGO DE MATERIAIS POLIMERICOS

Empregados em serviços em temperatura ambiente ou moderadas com baixos esfor;cos mecanicos e alta resistencia à corrosao com exigencia a não-contaminaçao do fluido. Epregados em tubulaçoes de esgotos, despejos industriais, dutos para gases e vapores. Os elastomeros possuem propriedades de elasticidade, resistencia à corrosao e à abrasao alem de excelentes isolantes termicos e eletricos.

DETERIORAÇAO DO MATERIAL POLIMERICO

Ocorre uma reaçao quimica direta ou uma dissoluçao. O material polimerico é atacado pelo acido altamento concentrado. Materiais termoplasticos sofrem um processo de decomposicao lenta quando expostos por longo tempo ao ozonio e a luz solar.

CAPITULO 10 – REVESTIMENTO INTERNOS

Finalidades: anticorrosivos, antiabrasivos ou antierosivos, antiincrustantes ou refratarios. Os revestimentos contra a corrosao podem ser temporarios ou permanentes. Os revestimentos refratarios são empregados em equipamento e quando submetidos à temperaturas muito elevadas promovem um isolamento termico interno. Vantagem: custo, resistencia mecanica e possibilidade de fabricaçao. Os revestimentos antiabrasivos, antiaerosivos e refratarios estao sujeitos ao desgaste superficial, a temepraturas elevadas ou à incidencia de chama.

REVESTIMENTOS METALICOS

Melhor qualidade do que os outros. Tipos: cladeamento, calorizaçao, galvanizaçao, revestimentos não-integrais diversos e por deposiçao de solda.

REVESTIMENTOS NÃO-METALICOS

A aderencia, a durabilidade e a eficiencia do revestimento serao tanto melhores quanto mais limpa e lisa estiver a superficia. Quase todos os materiais polimericos podem ser empregados como revestimentos. São caros e não permitem a limpeza mecanica interna dos tubos porem tem bom desempenho em muitos serviços corrosivos. O vidro e a porcelana são revestimentos muito caros indicados para equipamentos de pequeno tamanho e em servi;cos de alta corrosão. Possui coeficiente de atrito baixissimo, pequena resistencia à flexao e ao impacto e são extremamente frageis.

REVESTIMENTOS DE CONCRETO E DE CERAMICA

Revestimento de concreto: anticorrosivos, antiaerosivos ou refratarios. A armação metalica tem como finalidade controlar o fendilhamento do concreto e evitar o desprendimento de pedaços do revestimento.a resistencia a traçao e à flexao são muito pequenas embora a resistencia à compressao em geral seja boa. Possui boa resistencia à corrosao e é usado como revestimento anticorrosivo, em serviços de corrosao moderada ou em equipamentos pouco importantes (pouca resistencia do concreto à esforços de traçao e de flexao) e revestimentos antiaerosivos, usados em concretos especiais de alta dureza superficial.