Parte 4-2

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MATERIAIS PARA 
EQUIPAMENTO DE 
PROCESSOS QUÍMICOS 
 
 
Primeira opção de material para a construção do 
equipamento. 
 
Temperaturas elevadas (fluência, corrosão seletiva 
e formação de carepas) 
 Baixas Temperaturas (temperatura de transição dúctil-
frágil, T < -45ºC: Não utilizar aço carbono) 
 Meios Corrosivos 
Especificar outro material! 
Lembrar: Aços-Carbono 
Aços Carbono 
Aço-Carbono: Fe + C + X 
X (elemento de liga): Mn, Si, Al, P, S 
Aços Liga 
 Baixa Liga (low alloy-steel): < 5% de elemento de liga. 
 Média Liga (intermediate alloy-steel): 5 – 10% de elemento de liga 
 Alta Liga (high alloy-steel): > 10% de elemento de liga 
Nota: Aço Inoxidável: Aços de alta liga com, pelo menos, 12 a 
26 % de Cromo, até 22%Ni entre outros elementos de liga. 
Silva Telles. 
Nota: Praticamente não existe diferença visual entre os aços de 
alta liga e entre estes e os de baixa liga (Identificação) 
Aços Liga 
 Nomenclatura: Aço-carbono de alta liga ou Aços Liga 
(alloy-steel) 
 
 Contém elementos que são adicionados 
intencionalmente, em concentrações específicas, ou 
contém os mesmos elementos do aço carbono, porém em 
maiores proporções. 
 
  teor de elemento de liga: preço do aço 
Aços Liga 
Aplicações: Devido o alto custo, esses aços somente são 
empregados quando as condições de serviços justificarem a 
sua escolha. 
 
Exemplos: 
 
 Altas temperaturas: acima do limite de aplicação dos 
aços-carbono. Maior resistência a fluência 
 Baixas temperaturas: abaixo do limite de aplicação 
dos aços-carbono(-45ºC). 
Aços Liga 
 Meios corrosivos (+ resistente que o aço carbono) 
 Evitar a contaminação de fluido (produtos 
farmacêutico, alimentício). 
 
 Segurança: fluidos inflamáveis, tóxicos, explosivos 
etc. 
 Equipamentos estratégicos, cuja parada significa 
um grande prejuízo. 
 
Efeito do elemento de liga - Exemplos 
Adição de um elemento de liga na rede cristalina do ferro 
- Aços de baixa Liga 
 
 Dissolvido – em solução (1) 
 Composto químico – precipita uma 2ª fase (2) 
 
(1) Discreta melhora nas propriedades mecânicas, mas 
alteram a Temperabilidade e a resistência química 
(corrosão) 
 
 
Permite melhorar as propriedades 
mecânicas 
Aços baixa liga (quando os elementos de liga estão 
presentes em solução) têm sua resistência mecânica 
melhorada após o aço ser submetido a tratamento térmico. 
(2) A nova fase “funciona como barreira”:  resistência 
mecânica 
 
 
Propriedades = função do elemento de liga 
 
De um modo geral, elementos químicos que: 
 
Dissolvem na matriz tendem a ter um efeito maior na temperabilidade, 
resistência à corrosão, resistência ao calor, alteração de temperaturas 
de transformação, entre outros. 
 
Formam precipitados tendem a melhorar a resistência mecânica, 
resistência à abrasão, aumentam a dureza, entre outros. 
Aços Liga para equipamentos de 
processos 
Nota: Aço Inoxidável: Aços de alta liga com, pelo menos, 12 a 26 
% de Cromo, até 22%Ni entre outros elementos de liga. 
Silva Telles. 
Aços Liga 
 
 Molibdênio e Cromo-molibdênio 
 (Mo e Cr-Mo) 
 
Temperaturas Elevadas 
 
 
Aços Liga 
 Molibdênio e Cromo-molibdênio (Mo e Cr-Mo) 
Composição: Mo até 1% e Cr até 9%. 
 
Função do Cr: 
 aumentar a resistência a oxidação (inclusive a T elevadas) 
e corrosão, (principalmente aos meios oxidantes e 
sulfuroso). 
Cr oxida com O2 formando uma película resistente e aderente 
que retarda a oxidação do Fe 
 aumentar a resistência a grafitização. 
(se %Cr > 1,0% praticamente não há + a ocorrência). 
Principal aplicação: temperaturas elevadas 
Aços Liga Molibdênio e Cromo-molibdênio (Mo e Cr-Mo) 
Resistencia a Corrosão 
Taxa de corrosão em função do teor de Cromo 
Até 4%Cr: Queda 
acentuada na taxa 
Acima de 12% de Cr: 
A camada de óxido de 
cromo protege toda a 
superfície. 
(aço passivado – aços 
inoxidáveis) 
Aços com teor de Cr 
<12% : Existe a 
oxidação atmosférica 
(formação de 
ferrugem) 
Aumento de Peso devido a absorção de O2 e incorporação 
de óxidos à peça metálica (formação de carepas ao ar) 
versus temperatura (após 1000 horas de exposição) 
 Teor de Cromo 
 
 Temperatura 
de início da 
formação de 
carepas. 
Nota: formação de carepas ao ar; 
para outras atmosferas oxidantes 
(vapor, gases de combustão etc.) 
as temperaturas serão menores. 
Aços Liga 
 Molibdênio e Cromo-molibdênio (Mo e Cr-Mo) 
Composição: Mo até 1% e Cr até 9%. 
 
 
 Função do Mo: aumentar a resistência à fluência e a corrosão 
por pites. 
 
Mo combina com o C, formando precipitados que dificultam o 
escorregamento dos planos de clivagem, resultando em menores 
deformações. 
 
Nota: o Cr também contribui para melhorar a resistência à fluência 
Tensão na ruptura por fluência (1000 h) em função da temperatura para diferentes tipos 
de aços. 
Aço carbono 
0,25%C 
Aço Liga: 
 ½ Mo 
AÇOS LIGA Mo e Cr-Mo 
Limites usuais de temperatura elevada e serviço contínuo 
dos aços mais comuns 
Aços Liga 
 
 Aço Liga Níquel 
 
Baixas Temperaturas 
 
Aços Liga Níquel 
 
Principal aplicação: baixas temperaturas 
 
Aços mais usuais em equipamentos de processo: 
 
 Aço Liga 3 ½ % Ni: temperatura: -100º C 
 Aço Liga 9% Ni: temperatura: -196º C 
 
Nota: Exigido teste de impacto para qualquer serviço em 
baixas temperaturas. 
 
Teste de Impacto 
Aços Liga 
 
 Aços Inoxidáveis 
 
Aços Inoxidáveis 
Aço Inoxidável: Aços de alta liga com, pelo menos, 
12 a 26 % de Cromo, até 22%Ni entre outros 
elementos de liga. 
 
Passivação: película de óxidos e hidróxidos de 
cromo na superfície (espessura média ~0,02m): 
Resistente, uniforme, aderente, plástica, com baixa 
porosidade e solubilidade e volatilidade 
desprezíveis. 
 
Emprego: Somente quando não é possível a especificação 
de um material mais econômico. 
(custo x beneficio). 
Aços Inoxidáveis 
Classificação (estrutura metalúrgica da liga) 
Geralmente, os aços inoxidáveis são agrupados segundo a 
sua estrutura cristalina (temperatura ambiente). 
 
 
 Austenítico: apresenta estrutura austenítica – Ferro  (CFC) - 
em qualquer temperatura. Não pode ser endurecido por têmpera. 
 
 Ferrítico: apresenta estrutura ferrítica - Fe (CCC) - em 
qualquer temperatura. Não pode ser endurecido por têmpera. 
 
 Martensítico: adquiri microestrutura martensítica por têmpera. 
 
 Duplex: estrutura ferrítica-austenítica 
 
Aços Inoxidáveis 
Classificação (estrutura metalúrgica da liga) 
Geralmente, os aços inoxidáveis são agrupados segundo a 
sua estrutura cristalina. 
 
 Austenítico: basicamente ligas de Fe-Cr-Ni (não temperáveis) - 
composição típica 18% Cr e 8% Ni: 
 Tipo + importante,  Custo,  resistência à corrosão 
Nota: Facilmente soldáveis 
Os Ferritico e Martensítico não são facilmente soldáveis 
 
 Ferrítico: basicamente ligas de Fe-Cr - 15% a 20% Cr, baixo C, 
sem Ni (não temperáveis). 
 
 Martensítico: basicamente ligas de Fe-Cr - máximo 18% Cr sem 
Ni, teor de C maior que nos Ferrítico (temperáveis). 
 
 Duplex: mistura de fase austenítica e ferrítica em quantidades 
similares. 
Aços Inoxidáveis 
Propriedades: 
 Resistência a corrosão 
 Boa combinação de resistência mecânica e ductilidade 
 Dificuldades de processamento/fabricação 
  custo que o aço carbono e os de baixa liga 
Aços Inoxidáveis 
ClassificaçãoAISI (American Iron and Steel Institute): 
 
 Austenítico: Série 200 e 300 (+importante) 
 Ferrítico: Série 400 
 Martensítico: Série 400 
 
Série 300: 16-25% Cr, 7-22% Ni + outros elementos de liga 
 
Tipo 304 (ou aço 18-8) é o mais empregado na prática: Custo e 
benefício (~50% das aplicações do aço inoxidável). Exemplo: 
Indústria alimentícia (não contaminação dos produtos) 
 
Aços Inoxidáveis 
Austeníticos Propriedades: 
 Resistência a corrosão, a oxidação a temperatura elevada 
(formação de carepas) 
 Resistencia a fluência, a fadiga 
 Praticamente não apresentam a temperatura de transição 
dúctil-frágil 
Temperatura mínimas de emprego: 
 316, 317, 321 e todos da série 200: -195ºC 
 304, 310, 347 e 348: -255ºC 
 304L e 304ELC: sem limite 
Aços Inoxidáveis 
Austeníticos 
Tensão para ruptura por fluência em 1000horas 
Nota: A maior 
parte dos aços 
inoxidáveis 
Austeníticos têm 
grande 
resistência a 
fluência (melhor 
que os ferríticos) 
Aço carbono 
Aço inox 304 
EXEMPLOS DE USOS DOS AÇOS INOXIDÁVEIS 
Aços Inoxidáveis Austeníticos 
Teor de Carbono 
 
 Aços de carbono normal (até 0,08%): 304, 310, 316, 321 e 
347. 
 
 Aços de baixo carbono (até 0,03%): 304L e 316L 
 
 Aços extra baixo carbono (até 0,02%): 304ELC e 316ELC 
 
 Aços de carbono controlado (tipo H): 0,04 a 0,10% C 
(granulação grossa para aumentar a resistência a fluência) 
 
 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
Principais formas de corrosão: 
 Corrosão por pites ou frestas quando a camada 
passivadora é rompida 
 
 Corrosão-erosão. 
 
 Sensitização e Corrosão intergranular 
 
 Corrosão sob tensão (em presença de halogênios) 
Materiais 
Meios corrosivos 
Ar 
seco 
Vapor 
d´água 
Atmosfera sulfurosas 
Oxidantes (SO2) Redutoras (H2S) 
Aços c/ 18% Cr 900 850 750 600 
Aços c/ 25% Cr 1100 1000 900 650 
Resistência a corrosão – 
Temperatura de oxidação intensa – formação de carepas (serviço contínuo) 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
Sensitização e Corrosão intergranular 
Temperatura entre: 450-850ºC 
Máximo 650ºC 
Sensitização 
 Decomposição da Cementita (Fe3C) resultando em C livre. 
 O C livre se combina com o Cr formando carbonetos de 
cromo que se depositam, preferencialmente no contorno dos 
grãos. 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
Sensitização e Corrosão intergranular 
 Aparecem trincas no contorno dos grãos, porque a região com 
Cr passa a ser anodo em relação a vizinha: Corrosão 
intergranular. 
 
 Trincas progridem (os grãos se soltam)  até a ruptura. 
A corrosão intergranular ocorre principalmente em meio H+. 
Exemplos de meios corrosivos que podem provocar corrosão 
intergranular em aços inoxidáveis sensitizados: 
• Ácidos sulfúrico, nítrico, fosfórico, crômico etc. 
• Ácidos acético, cítrico, fórmico, lático, oxálico etc. 
• Nitrato de amônia, sulfato de amônia, cloreto ferrosos, SO2 etc. 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
Sensitização e Corrosão intergranular 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
Sensitização e Corrosão intergranular 
Corrosão intergranular – Observações: 
1) Acontece principalmente nos meios ácidos. 
2)  C : + rápido é o processo de sensitização: 
Ex: T:650ºC  0,1%C: 2min; 0,06%C: 10min e 0,02%C: 30horas 
3) Todos os aços Austeníticos poderão ser sensitizados quando 
a temperatura de operação for superior a 450ºC, e também por: 
tratamentos térmicos, solda ou qualquer outro processo, desde 
que o tempo de exposição à temperatura de sensitização seja 
suficiente. 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
Sensitização e Corrosão intergranular: 
Possíveis Soluções: 
Aços estabilizados (contendo Ti, Nb – formam 
carbonetos mais estáveis, logo o C não reagem com o Cr): 
tipos 321, 347 e 348; 
 
Aços de baixo C ou extra baixo C: tipos L e ELC 
 
Como “desfazer a Sensitização”: 
Recozimento de solubilização (solution annealing): 
consiste em aquecer a peça acima da faixa de 
sensitização (900ºC) – carbonetos se dissolvem – seguido 
por resfriamento rápido (até 500ºC em 3 min). Só é viável 
para peças pequenas e com baixas espessuras. 
Aços Inoxidáveis Austenítico: 
 
Recomendação de emprego quanto ao risco de corrosão intergranular 
Aços Inoxidáveis Austenítico 
Principais Propriedades (RESUMO) 
 
 Resistência à fluência (Ferro-) 
 Resistência à fadiga 
 Praticamente não possuem a transição frágil-dúctil 
 Temperaturas mínimas: 
 Tipos 316, 317, 321 e todos da serie 200: -195ºC 
 Tipos 304, 310, 347 e 348: -255ºC 
 Tipos 304L e 304ELC: sem limite 
 Grande coeficiente de dilatação térmica. 
 Resistência à fluidos corrosivos (exceto halogênios – 
corrosão sob tensão e por pites) 
Materiais para vasos de pressão (Resumo) 
Temperatura Elevada 
(serviço contínuo e não corrosivo) 
Materiais para vasos de pressão (Resumo) 
Baixa Temperatura 
Nomenclatura: 
T: -45 a 0oC: Serviço em baixa temperatura (aço carbono) 
T < -45oC: Serviço criogênico (Não é permitido o uso do 
aço carbono) 
 
Equipamentos importantes e de alto risco: Máximo de 
segurança  não pode ter fratura frágil (Falha 
catastrófica)! 
 
Ensaio de Impacto 
 
Materiais para vasos de pressão (Resumo) 
Teste de impacto é 
obrigatório para os 
casos onde o par 
Temperatura de projeto 
e Espessura estejam 
abaixo das curvas 
Materiais para vasos de pressão (Resumo) 
T < -45oC: Serviço criogênico 
 
 
 
Materiais para vasos de pressão (Resumo) 
Material Temperatura mínima limite (oC) 
Aço liga 2 ½ Ni -60 
Aço liga 3 ½ Ni -100 
Cobre, latão, bronze -180 
Aço liga 9 Ni 
Aços inoxidáveis 316 e 317 
-195 
Aços inoxidáveis 304 e 310 -250 
Alumínio 
Aços inoxidáveis 304L 
Sem limite