Parte 4-1

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MATERIAIS PARA 
EQUIPAMENTO DE 
PROCESSOS QUÍMICOS 
 
 
CODIFICAÇÃO 
AISI - American Iron and Steel Institute 
SAE (Society of Automotive Engineers - EUA) 
Aço Carbono 
AISI-SAE  XXXX 
Sistema de Codificação AISI-SAE normalmente utiliza 4 
dígitos, onde: 
1º e 2º dígitos: identificam os principais elementos de liga e 
respectivos teores (% peso). 
3º e 4º dígitos: - indicam a porcentagem em peso de 
carbono do aço multiplicado por 100. 
Ex.: Aço 1045  0,45% de carbono na composição 
química. 
1 – Carbon steels 
2 – Nickel steels; 
3 – Nickel-chromium steels; 
4 – Molybdenum steels; 
5 – Chromium steels; 
6 – Chromium-vanadium steels; 
7 – Tungsten-chromium steels; 
9 – Silicon-manganese steels. 
1º e 2º dígitos: 
1º dígito: tipo de aço 
2º dígito: elemento em maior quantidade 
Classificação das Ligas Metálicas 
Ferro é o constituinte principal 
 Metais e ligas com pequeno 
teor ou isentos de ferro: 
• Cobre e ligas 
• Latão 
• Bronze 
• Cobre-Níquel. 
• Alumínio e ligas 
• Níquel e ligas etc. 
Ligas 
Metálicas 
Ligas 
Ferrosas 
Ligas 
Não-ferrosas 
Teor de C: 0,05 – 2,0%p 
(teórico). 
Teor de C: até 1,5%p (prática). 
Materiais Metálicos Ferrosos 
É uma liga metálica 
Teor de C: acima de 2,1%p 
(teórico). 
Teor de C: 3,0 – 4,5%p (prática). 
 
Ligas Ferrosas 
Aços Ferros fundidos 
F3C  3Fe () + C(grafita) 
A cementita (F3C) é um composto metaestável e, sob algumas 
circunstâncias, pode se dissociar em ferrita Fe () e grafita (C). 
%p C 
Diagrama de Fase Fe-C 
Aços Carbono 
Aços 
Fe + C + X 
Contendo teor de 
carbono (C) 
entre 0,05 – 2% 
 
X- teor de outros 
elementos de 
liga. 
Aço-Carbono: Liga Fe + C + X onde o percentual de carbono (C), na 
prática, raramente é superior a 1,5%. 
Equipamentos de processo: % máx. C ~ 0,35% (maioria dos casos) 
X: Mn, Si, Al, P, S 
Aço Liga: São aços que possuam o mesmo elemento de liga que o aço-
carbono, porém em maior quantidade (por ex. Mn) ou que possuam 
elementos de liga (X) que tenham sido adicionados com o objetivo de 
conferir propriedades especiais. 
Baixa liga: até 5%, Media Liga: 5-10% e Alta liga: >10% 
Aços-Carbono 
 Nomenclatura: Aço-carbono de baixa liga ou Aço carbono 
 Definição: liga de ferro e carbono contendo 0,05 a 2,0%p de 
carbono (teórico). Além do ferro, esses aços contêm manganês, 
enxofre, fósforo; e alguns ainda poderão ter silício e alumínio. 
 Baixo teor de C: aproximadamente < 0,25%p de C 
 
 Médio teor de C: 0,25 – 0,60%p de C 
 
 Alto teor de C: 0,60 – 1,5%p de C 
Nota: Aços para equipamentos de processo: teor máximo de C 
de 0,35%. 
Silva Telles. 
Aços-Carbono 
Efeito da Composição química nas propriedades do aço 
1) Aumento da quantidade de Carbono 
  %C 
 
 Dureza, 
 resistência mecânica, 
 Ductilidade 
 Tenacidade 
 
 
 Soldabilidade 
(> 0,35%C: possibilidade de trincas 
na solda devido a ação do H) 
(Transição dúctil-frágil) 
Aços-Carbono 
Efeito da Composição química nas propriedades do aço 
1) Aumento da quantidade de Carbono 
Valores máximos recomendáveis para %C para 
vaso de pressão: 
 
 Partes soldadas sujeitas a esforço (equipamentos 
+ importantes) : 0,26%. 
 Partes soldadas sujeitas a esforço (equipamentos 
em geral) : 0,30%. 
 Qualquer parte soldada, mas não sujeita a 
pressão: 0,35% 
 
 
 
MICROESTRUTURA DO AÇO EM 
FUNÇÃO DO TEOR DE C 
• C < 0,008%: a microestrutura é 100% ferrita (Ferro puro) – Figura a. 
 
Ferro  ou Ferrita: solução sólida de C 
(máx. 0,008%) no ferro α - Estrutura 
atômica cúbica de corpo centrado 
(CCC) 
Os grãos de ferrita, por terem um teor de 
carbono muito baixo, possuem baixa 
dureza (dúcteis) 
MICROESTRUTURA DO AÇO EM 
FUNÇÃO DO TEOR DE C 
• C: 0,008 - 0,8% : Ferrita isolada e ilhas de Perlita, com quantidades 
crescentes de Perlita – Figuras b-c. 
 
• C: ~ 0,8% : 100% Perlita (praticamente não é possível visualizar os grãos 
claros) – Figura d. 
 
Aço Carbono ABNT 1020 (Aço com 0,20% de carbono) Análise obtida em 
microscópio ótico. 
Perlita: DUAS FASES 
Ferrita Fe () + Cementita Fe3C (6,67% p de C). 
Os grãos escuros (perlita) são mais duros e resistentes mecanicamente. 
 
Quanto  o teor de C  + Perlita (grãos escuros). 
MICROESTRUTURA DO AÇO EM 
FUNÇÃO DO TEOR DE C 
• C: 0,8-2,11%: Perlita + Cementita precipitada nos contornos dos grãos. 
Quanto maior o percentual de C (acima de 0,8%C), maior a quantidade de 
cementita nos contornos. - Figuras e-f. 
NOTA: 
FERRITA: + dúctil 
CEMENTITA: + duro e resistente. 
Obs.: 
A resistência mecânica dos materiais é influenciada pela sua 
microestrutura. 
 
Deformação plástica: “movimentação” 
 
Existência de “Barreiras”: dificultam a movimentação 
 
 Contorno dos grãos:  o tamanho dos grãos 
 + contornos  + Barreiras  + duro e resistente. 
logo, um metal com grão maior irá se deformar mais do que o com grão 
menor. 
Nota: A ductilidade é sacrificada quando a resistência é aumentada 
 
 Perlita : Placas alternadas de ferrita e cementita: 
 + Perlita  + duro e resistente ( até 1%C) 
 
 Cementita (Fe3C): Fragilização do material 
Aços-Carbono 
Efeito da Composição química 
1) Aumento da quantidade de Carbono 
Nota: Propriedades das chapas grossas são menores que os das chapas 
finas (para uma mesma composição). Isto ocorre, porque as chapas finas 
são laminadas com mais número de passes, o que contribui para melhorar 
a resistência mecânica. Por esse motivo, as chapas grossas contém mais 
C que as finas. 
 
Aços-Carbono 
Efeito da Composição química nas propriedades do aço 
2) Aumento da quantidade de Manganês 
 Dureza, resistência mecânica. 
 Aumenta a tenacidade (transição dúctil-frágil). 
Aços-Carbono 
Efeito da Composição química nas propriedades do aço 
3) Silício e Alumínio (não estão presentes em todos os tipos) 
Esses elementos se combinam com oxigênio removendo, assim 
as bolhas de gás que se formam na solidificação. Por esse motivo 
são chamados de elementos desoxidantes. 
 
 Totalmente desoxidados ou acalmados: completa eliminação 
das bolhas de gás (Aços + caros) 
 Parcialmente desoxidados ou semi-acalmados: 
 Não desoxidantes ou efervescentes: não contém elementos 
desoxidantes. 
Nota: Si: Favorece sensivelmente a resistência mecânica, à corrosão, 
reduzindo porém a soldabilidade. 
Aços-Carbono 
Efeito da Composição química 
 
4) Enxofre e fósforo: impurezas: 
São elementos indesejáveis porque fragilizam o metal. 
 S: máximo 0,04% ( também prejudica a soldabilidade) 
 P: máximo 0,035%. 
Primeira opção de material para a construção 
do equipamento. 
 
 Temperaturas elevadas 
 Baixas Temperaturas 
 Meios Corrosivos 
Aços-Carbono 
Aços-Carbono 
Aplicações com Temperatura Elevada 
 Temperatura  
 
Resistência mecânica 
 Dureza 
Módulo de elasticidade 
 Ductilidade 
 
Todo material tem uma temperatura limite de 
emprego 
 
Todo material tem uma temperatura máxima de emprego 
Aços-Carbono 
Aplicação em Temperatura Elevada 
 Fluência: 
 Corrosão seletiva denominada grafitização 
 Formação de carepas 
Aços-Carbono 
Aplicação em Temperatura Elevada 
Fluência 
 Temperatura de Fluência: Inicio a ~ 370oC 
 Para aplicações acima de 400oC : a análise de 
fluência é obrigatória. 
 Aços + desfavoráveis: grãos finos e acalmados com 
alumínio. 
Obs: Aços acalmados: o Si produz grãos grandes, 
enquantoque o Al produz grãos finos . 
Aços-Carbono 
Aplicação em Temperatura Elevada 
Grafitização 
A utilização prolongada em T> 420ºC : pode causar a 
corrosão seletiva denominada grafitização, que é a 
decomposição da cementita (carbeto de ferro Fe3C) e 
liberação de carbono livre na forma de grafite. 
 
C (grafite) se deposita na malha cristalina 
 
Fragilização 
(principalmente quando acalmados com Al) 
Aços-Carbono 
Aplicação em Temperatura Elevada 
Formação de carepas: 
Aço-carbono + Meio oxidante + temperaturas elevadas: 
Sofrem oxidação superficial, formando crosta de óxidos 
(carepas) que se soltam, permitindo a continuação do 
processo de oxidação. 
Exemplos de Temp. de formação de carepas: ~ 530ºC (ar) e 
~ 430ºC (vapor H2O). 
Não especificar aço carbono nesta condição 
Limite máximo de temperatura recomendado para uso de Aço 
Carbono em Vaso de Pressão: 
 
• Partes principais sujeitas a esforços principais, serviço continuo: 450oC. 
• Partes secundárias, serviço continuo: 480oC. 
• Máx. Temperatura de curta duração, sem ação de grandes 
esforços mecânicos: 520oC. 
 
Obs: 
Aços Acalmados com Si 
Serviços não corrosivos 
 Nota: 1) Serviços corrosivos reduz os limites acima. 
Nota: 2) silício: favorece o aparecimento de grãos grossos em 
contrapartida do alumínio que diminui o tamanho dos grãos e favorecendo, 
portanto a grafitização. 
Aços-Carbono 
Aplicação em Temperaturas Baixas 
 Preocupação: Fratura Frágil (temperatura de 
transição dúctil-frágil) 
 
 Concentração de carbono 
 Concentração de manganês 
 Desoxidação 
Aços-Carbono 
Baixa Temperatura 
Composição:  Teor de C:  faixa de transição dúctil-frágil. 
 
Nota: Aços para equipamentos de processo: teor máximo de C de 0,35%. 
Silva Telles. 
Aços-Carbono 
Temperatura Baixa 
 teor de Mn: desloca a curva de transição dúctil-frágil para 
menores temperaturas. 
Aços-Carbono 
Temperatura Baixa 
A desoxidação com silício ou alumínio também desloca a 
curva de transição dúctil-frágil para temperaturas menores, 
sendo preferencialmente feita com alumínio (grãos 
menores). 
 
Pergunta: Porque é importante usar um aço 
acalmado em aplicações a baixa temperatura? 
Aços-Carbono 
Efeitos das Temperaturas Baixas 
De forma geral é recomendado os seguintes cuidados com 
aços carbono para trabalhos a baixas temperaturas: 
 
 T < -45ºC: Não utilizar aço carbono, mesmo eventual ou 
curta duração 
 
 - 45ºC < T < 0ºC: Aços de  C,  Mn, grãos finos, 
normalizado e submetidos a testes de impacto. 
 
 0ºC < T < 15ºC: Aços submetidos a teste de impacto, pelo 
menos para peças com espessura maiores de 12mm. 
 
 T > 15ºC teste de impacto para espessuras maiores que 
50mm 
Aços-Carbono 
Corrosão 
Ambientes externos: Corrosão Uniforme 
Exemplo de valores médios de taxa de corrosão: 
Atmosfera rural: 0,02 a 0,05 mm/ano 
Atmosfera marítima: 0,05 a 0,2 mm/ano 
Atmosfera industrial poluída: 0,2 a 0,5 mm/ano 
Atmosfera industrial fortemente poluída: 0,5 a 1,0mm/ano 
 
 Proteção: Pintura ou revestimento protetor 
 
Aços-Carbono 
Corrosão 
Peças enterradas ou em contato com solo: Corrosão 
Uniforme e por pite 
Proteção: Revestimento protetor, proteção catódica (anodo 
de sacrifício 
 
Vapor H2O: 
Pode ser empregado desde que haja tratamento da água de 
alimentação da caldeira e remoção de gases (CO2) do 
condensado. 
 
H2O: O aço é pouco afetado por águas naturais, e não é difícil 
encontrarem-se tubos de aço-carbono em serviço contínuo 
por mais de 25 anos. À medida que o pH muda de alcalino 
para neutro e ácido, a taxa de ataque aumenta. A água do 
mar corrói o aço numa taxa de 0,127 mm por ano. 
Aços-Carbono 
Indicações para alguns meios corrosivos 
a) Hidrocarbonetos em geral 
 
Problemas: 
1) contaminantes sulfurosos (impureza) 
T > 260oC (corrosão generalizada – velocidade máx. quando 
T: 350 – 420ºC). 
 
 
2) Contendo cloretos: formação de HCl diluído (Corrosão) 
 
 
 
 
Aços-Carbono 
Indicações para alguns meios corrosivos 
b) NaOH e outros meios alcalinos 
Corrosão: “fendilhamento por álcalis” – tipo de corrosão sob 
tensão. 
 
 
 
Aços-Carbono 
Indicações para alguns meios corrosivos 
c) Serviços com H: Curva de Nelson 
Fonte: API-RP-941 
Para lembrar: Serviços com Hidrogênio 
Principais efeitos 
 1) Difusão do H no metal (Temperaturas e pressões 
elevadas) 
 
Descarbonetação dos aços: F3C + 2H2  3Fe + CH4 
(ocorre preferencialmente no contorno dos grãos) 
(CH4 não se difunde podendo exercer pressões elevadas) 
 
 
 Diminui a resistência 
mecânica e a fluência 
( %C) 
 
Aparecimento de trincas 
intercristalinas que leva 
a Fragilização 
Para lembrar: Serviços com Hidrogênio 
Principais efeitos 
 2) Difusão do H no metal (a qualquer T) 
Empolamento pelo Hidrogênio (hydrogen blistering) 
O H2 se acumula em imperfeições do metal, aumentando 
a pressão no local, podendo levar a ruptura. 
 
Minimizar este efeito: Utilizar aços acalmados 
 
 
Tubo de aço carbono com empolamento 
pelo hidrogênio, causado por H2S e água