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Aço inoxidável duplex: Definição, grupos, composição, propriedades, aplicações e muito mais
- João
O aço inoxidável duplex é um material importante na engenharia moderna. Essa liga versátil é conhecida por sua microestrutura de fase dupla. Ela combina força, resistência à corrosão e economia de custos. Este artigo abordará o que torna o aço inoxidável duplex único, onde ele é comumente usado e por que é a melhor escolha para muitos setores.
O que é aço inoxidável duplex？
O aço inoxidável duplex é um dos cinco famílias de aço inoxidável. Sua estrutura metalúrgica é de austenita e ferrita em proporções aproximadamente iguais e contém Cr e Mo relativamente altos. Tem melhor resistência à corrosão e maior força do que o aço inoxidável austenítico. É usado na indústria offshore de petróleo, gás e petroquímica. Os tipos comuns incluem 2205, S39274 e S31803.
Quais são os subgrupos de aços inoxidáveis duplex?
Os aços inoxidáveis duplex são uma família de tipos que variam em termos de resistência à corrosão, dependendo do teor da liga. De acordo com os elementos de liga e as propriedades, o aço inoxidável duplex é dividido em quatro subgrupos. Cada grupo tem uma resistência à corrosão por pite diferente. Abaixo, observamos a faixa PREN (número de equivalência de resistência à corrosão por pite).
PREN = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N. Quanto mais altos os valores de PREN, maior a resistência à corrosão.
Classes de aço inoxidável Lean Duplex-- (faixa PREN: 22-27)
Normalmente, contém menor teor de níquel e/ou molibdênio e níveis mais altos de nitrogênio e manganês. Eles têm alta resistência, especialmente a resistência ao escoamento. Geralmente são usados em aplicações como construção de tanques, pontes ou barras de ligação. As classes comuns incluem 2101 (S32101), 2202 (S32202) e 2304 (S32304).
Classes de aço inoxidável duplex padrão--(faixa PREN: 28-38)
Os aços inoxidáveis duplex padrão são os mais usados atualmente devido à sua faixa intermediária de propriedades. Eles têm um teor de cromo de 21-25%, um teor de molibdênio de 2-3% e um teor de nitrogênio de 0,15%. São comuns em aplicações como tanques, sistemas de tubulação ou vasos de processo.
2205 (S32205) destaca-se como a classe duplex mais usada em vários setores. Ele tem bom desempenho em ambientes de alta pressão e altamente corrosivos devido ao alto limite de escoamento e à alta resistência à corrosão por pite e em frestas.
Classes de aço inoxidável Super Duplex--(faixa PREN: 38-45)
Normalmente, contêm 25% de cromo, 3,5-4,0% de molibdênio e 0,25-0,27% de nitrogênio. Apresentam excelente resistência à corrosão localizada por pites e fendas. São preferidos para ambientes exigentes encontrados na produção de petróleo offshore, processamento químico, aplicações marítimas e estruturas offshore. As classes comuns incluem 2507 (S32750) e Z100 (S32760).
Classes de aço inoxidável Hyper Duplex--(faixa PREN: 48-57)
Eles têm um teor de cromo de 26-30%, um teor de molibdênio de 3,5-5,0% e um teor de nitrogênio de 0,30-0,50%. Eles são os mais altamente ligados dentro da família duplex. São projetados para ambientes extremamente agressivos com ácidos e cloretos. Atualmente, estão disponíveis principalmente como tubos sem costura. As classes comuns incluem S33207 e SAF S32707.
Classes comuns de aço inoxidável duplex
Aço inoxidável 2205 Duplex
O Duplex 2205 é o tipo de aço inoxidável duplex mais amplamente utilizado. Ele contém aproximadamente 22% de cromo, 5-6% de níquel e 3% de molibdênio. Conhecido por sua excelente combinação de força e resistência à corrosão, é usado em vários setores, incluindo petróleo e gás, processamento químico e ambientes marinhos.
Aço inoxidável duplex 2507
O Duplex 2507 é um tipo de aço inoxidável superduplex. Ele contém cerca de 25% de cromo, 7% de níquel e 4% de molibdênio. Oferece maior resistência à corrosão em comparação com o Duplex 2205, especialmente em ambientes agressivos. Comumente usado em plataformas offshore de petróleo e gás, aplicações de água do mar e processamento químico.
Aço inoxidável duplex 2101
O Duplex 2101, também conhecido como LDX 2101, é um tipo de aço inoxidável lean duplex. Ele contém cerca de 21,5% de cromo, 1,5% de manganês e 0,22% de nitrogênio. Conhecido por sua alta resistência, boa soldabilidade e excelente resistência a rachaduras por corrosão sob tensão, é usado em vários setores, incluindo construção, transporte e processamento químico.
Aço inoxidável duplex 2304
O Duplex 2304 é um aço inoxidável duplex com uma microestrutura equilibrada de aproximadamente 23% de cromo, 4% de níquel e 0,1% de nitrogênio. Oferece boa resistência à corrosão localizada, como corrosão por pite e corrosão em fresta. Usado em aplicações estruturais e arquitetônicas, bem como em ambientes marinhos.
Zeron 100 Aço inoxidável duplex
O Zeron 100 é um tipo de aço inoxidável super duplex com 25% de cromo, 3,5% de molibdênio e 0,25% de nitrogênio. Ele oferece resistência superior à corrosão em ambientes agressivos, especialmente contra rachaduras por corrosão sob tensão induzidas por cloreto. Comumente usado em plataformas offshore de petróleo e gás, usinas de dessalinização e equipamentos de processamento químico.
Composição química do aço inoxidável duplex
Verifique na tabela abaixo a composição química de alguns aços inoxidáveis duplex comuns:
| NOME | NÚMERO UNS | C | Mn | Si | Cr | Ni | N | Cu | Mo | Grupo |
| 2202 | S32202 | 0.03 | 2.00 | 1.00 | 21.0-22.0 | 1.35-1.70 | 0.20-0.25 | 0.1-0.8 | 0.1-0.8 | Lean Duplex |
| 2101 | S32101 | 0.04 | 4.0-6.0 | 1 | 21.0-22.0 | 1.35-1.70 | 0.20-0.25 | 0.1-0.8 | 0.1-0.8 | |
| 2205 | S31803 | 0.03 | 2 | 1 | 21.0-23.0 | 4.5-6.5 | 0.08-0.20 | – | 2.5-3.4 | Duplex padrão |
| S32205 | 1.4462 | 2 | 1 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 0.14-0.20 | – | 3.0-3.5 | ||
| 225 | S32550 | 0.04 | 1.5 | 1 | 24.0-27.0 | 4.5-6.5 | 0.10-0.25 | 1.5-2.5 | 2.9-3.9 | Super Duplex |
| 2507 | S32750 | 0.03 | 1.2 | 0.8 | 24.0-26.0 | 6.0-8.0 | 0.24-0.32 | 0.5 | 3.0-5.0 | |
| 2707 | S32707 | 0.03 | 1.5 | 0.5 | 26.0-29.0 | 5.5-9.5 | 0.30-0.50 | 1 | 4.0-5.0 | Hyer Duplex |
| S33207 | – | 1.5 | 0.8 | 29.0-33.0 | 6.0-9.0 | 0.40-0.60 | 1 | 3.0-5.0 |
Propriedades do aço inoxidável duplex
Propriedades físicas
Consulte a tabela abaixo para conhecer as propriedades físicas dos aços inoxidáveis duplex:
| Propriedade física | Faixa de valores típicos |
| Densidade | 7,8-8,0 g/cm³ |
| Ponto de fusão | 1350-1450°C |
| Capacidade térmica específica | 0,4-0,6 J/(g-K) |
| Condutividade térmica | 15-20 W/(m-K) |
| Condutividade elétrica | 2.0-3.0 %IACS |
| Coeficiente de expansão térmica | 11-14 µm/m-K |
| Resistividade elétrica (Ω.m) | 1,0-1,2 µΩ-m |
Propriedades mecânicas
Consulte a tabela abaixo para conhecer as propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis duplex:
| Propriedade física | Valor típico | Valor típico |
| Densidade | 7,8-8,0 g/cm³ | 487-500 lb/ft³ |
| Ponto de fusão | 1350-1450°C | 2462-2642°F |
| Capacidade térmica específica | 0,4-0,6 J/(g-K) | 0,096-0,144 BTU/(lb-°F) |
| Condutividade térmica | 15-20 W/(m-K) | 8,7-11,6 BTU/(ft-h-°F) |
| Condutividade elétrica | 2.0-3.0 %IACS | 2.0-3.0 %IACS |
| Coeficiente de expansão térmica | 11-14 µm/m-K | 6,1-7,8 µin/in-°F |
| Resistividade elétrica | 1,0-1,2 µΩ-m | 1,0-1,2 µΩ-m |
Mais uma sugestão: se o seu projeto tiver altos requisitos de propriedades mecânicas em temperatura ambiente, o senhor pode dar prioridade aos tipos de aço duplex porque seus valores mínimos de tensão de escoamento são duas vezes maiores que os do aço inoxidável austenítico, o que permite seções mais finas.
Resistência à corrosão
Resistência a ácidos
O alto teor de cromo do aço inoxidável duplex, juntamente com certas quantidades de molibdênio e níquel, confere a ele forte resistência em ambientes ácidos.
Resistência à corrosão por pites e fendas
Os níveis mais altos de cromo, molibdênio e nitrogênio proporcionam ao aço inoxidável duplex um excelente desempenho contra a corrosão por pite e em fresta causada por cloretos.
Resistência a rachaduras por corrosão sob tensão
Além disso, sua estrutura de fase dupla oferece uma vantagem na resistência à rachadura por corrosão sob tensão induzida por cloreto. Quando a microestrutura contém mais do que ferrita 30%, o aço inoxidável duplex pode resistir melhor à rachadura por corrosão sob tensão por cloreto do que o aço inoxidável 304.
Entretanto, devido à presença de ferrita, o aço inoxidável duplex é suscetível à fragilização por hidrogênio, o que pode reduzir sua resistência em tais ambientes.
Quais são os prós e os contras do aço inoxidável duplex?
Veja a seguir as vantagens e os benefícios do aço inoxidável martensítico:
- Maior resistência e melhor resistência à corrosão do que os aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos.
- Melhor conformabilidade sob pressão do que os graus ferríticos e tenacidade superior.
- Geralmente não requer pré-aquecimento ou tratamento térmico pós-soldagem, simplificando os processos de soldagem.
- Oferece alta força e resistência à corrosão com níveis mais baixos de elementos de liga caros. Isso o torna econômico.
Aqui estão as desvantagens e limitações:
- Em comparação com os aços austeníticos, é mais difícil de moldar e usinar.
- Apresentam tendências de endurecimento e fragilização em temperaturas entre 280°C e 500°C, especialmente a 475°C.
- Custo inicial mais alto em comparação com o aço inoxidável padrão.
Para que serve o aço inoxidável duplex？
Os tipos comuns de aço inoxidável martensítico e suas aplicações são os seguintes:
| Setor | Aplicativos | Notas comuns |
| Petróleo e gás | Tubulações, tanques | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
| Processamento químico e marítimo | Tubos, trocadores de calor, vasos | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
| Processamento de alimentos e bebidas | Equipamentos de processamento de alimentos | 2304 (S32304), LDX 2101 (S32101) |
| Engenharia marítima | Componentes estruturais, peças de navios | 2507 (S32750), Z100 (S32760) |
| Tratamento de águas residuais | Equipamento de tratamento de águas residuais | 2205 (S32205), 2304 (S32304) |
| Arquitetura e construção | Componentes estruturais, pontes | 2205 (S32205), 2304 (S32304) |
| Mineração e metalurgia | Equipamento de mineração, equipamento metalúrgico | 2205 (S32205), 2507 (S32750) |
Fabricação e processamento de aço inoxidável duplex
As etapas essenciais na fabricação do aço inoxidável duplex são as seguintes:
Trabalho a quente
Laminação a quente.
O aço fundido é aquecido e passa por rolos para reduzir a espessura e dar forma a ele. Esse processo melhora a estrutura e as propriedades mecânicas do aço.
Forjamento.
O forjamento envolve a compressão do material aquecido entre matrizes para obter a forma desejada. Esse processo é normalmente usado para seções mais grossas ou formas mais complexas.
Recozimento de solução
Tratamento térmico.
O aço é aquecido a uma alta temperatura, normalmente entre 1.020°C e 1.100°C, dependendo do grau.
Resfriamento rápido.
Após o aquecimento, o aço é resfriado rapidamente, geralmente por têmpera em água ou ar.
Trabalho a frio (se necessário)
Laminação a frio.
Para obter dimensões precisas ou um melhor acabamento de superfície, o aço pode ser laminado em temperatura ambiente. Essa etapa refina ainda mais o aço.
Desenho a frio.
Em alguns casos, a trefilação a frio pode ser usada em vez da laminação. Esse processo puxa o aço por meio de uma matriz para obter formas específicas, geralmente usadas para fabricar fios ou tubos.
Tratamento térmico final
Se o material tiver sido submetido a um trabalho a frio significativo, poderá ser realizado um tratamento térmico de alívio de tensão. Isso envolve o aquecimento do aço a uma temperatura mais baixa (normalmente em torno de 300°C a 400°C) para aliviar as tensões internas sem afetar significativamente as propriedades mecânicas.
Acabamento e inspeção
O aço pode ser limpo e polido para remover qualquer incrustação e melhorar sua aparência e resistência à corrosão.
O produto final é testado quanto a propriedades mecânicas, resistência à corrosão e dimensões para garantir que atenda aos padrões.
Principais considerações
O controle preciso da temperatura e do resfriamento é fundamental para manter o equilíbrio das fases austenítica e ferrítica.
O tratamento térmico e o resfriamento adequados são necessários para evitar a formação de fases frágeis que podem reduzir a tenacidade e a resistência à corrosão.
Temperaturas sugeridas para formação a quente e recozimento/embebição
Vários tipos de aço inoxidável duplex têm faixas de temperatura recomendadas distintas para conformação a quente e recozimento/embebição:
- S32304 (1.4362)
Faixa de temperatura de formação a quente: 1.150 a 950 °C (2.100 a 1.740 °F)
Temperatura mínima de imersão: 980 °C (1.800 °F)
- S32205 (1.4462)
Faixa de temperatura de formação a quente: 1.230 a 950 °C (2.250 a 1.740 °F)
Temperatura mínima de imersão: 1.040 °C (1.900 °F)
- S32750 (1.4410)
Faixa de temperatura de formação a quente: 1.235 a 1.025 °C (2.255 a 1.877 °F)
Temperatura mínima de imersão: 1.050 °C (1.920 °F)
- S32520 (1.4507)
Faixa de temperatura de formação a quente: 1.230 a 1.000 °C (2.250 a 1.830 °F)
Temperatura mínima de imersão: 1.080 °C (1.980 °F)
- S32760 (1.4501)
Faixa de temperatura de formação a quente: 1.230 a 1.000 °C (2.250 a 1.830 °F)
Temperatura mínima de imersão: 1.100 °C (2.010 °F)
História do aço inoxidável duplex
Década de 1920: As ligas de aço inoxidável duplex foram conceituadas pela primeira vez, o que estabeleceu a base.
Década de 1930: Começa a primeira produção de ligas duplex. Essas ligas eram usadas principalmente na produção de fundidos devido ao seu alto teor de carbono.
Final da década de 1960: As fundições de metal conseguiram produzir aços duplex de baixo carbono com maior teor de cromo e níquel.
Meados da década de 1970: O desenvolvimento do Duplex 2205 oferece resistência superior à corrosão. Essa liga ainda é popular atualmente.
Presente: A evolução contínua leva à diversidade dos modernos aços inoxidáveis duplex.
Outras coisas que você deve saber sobre o aço inoxidável duplex
Agora que você tem uma compreensão mais profunda do aço inoxidável duplex. Ainda há alguns problemas comuns que merecem sua atenção:：
O aço inoxidável duplex enferruja?
O aço inoxidável duplex é altamente resistente à ferrugem. No entanto, ele ainda pode enferrujar e corroer.
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O aço inoxidável duplex é caro?
O aço inoxidável duplex pode ser mais caro do que outros tipos de aço inoxidável porque tem alto teor de liga e é difícil de fabricar. Ele também pode ser mais econômico porque é mais resistente e tem um teor de níquel mais baixo.
O aço inoxidável duplex é magnético?
Sim, o aço inoxidável duplex geralmente é magnético. Como sua estrutura contém grãos ferríticos magnéticos, ele pode ser menos magnético do que os aços ferríticos porque contém austenita.
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Qual é o teor de carbono do aço duplex?
O teor de carbono do aço inoxidável duplex é geralmente inferior a 0,04%. Esse baixo teor de carbono, juntamente com o alto teor de nitrogênio, ajuda a reduzir o risco de corrosão intergranular.
O aço inoxidável duplex é melhor do que o 316?
Sim. O aço inoxidável duplex é mais robusto do que 316. Possui maior resistência à corrosão sob tensão por cloreto.
Aço inoxidável duplex 2205 VS 316
O aço inoxidável duplex 2205 oferece melhor resistência à corrosão e força. O 316 é mais fácil de soldar e oferece melhor resistência a baixas temperaturas. O 2205 é geralmente usado em ambientes mais exigentes, enquanto o 316 é comum em aplicações marítimas e industriais.
Qual é a diferença entre o aço inoxidável duplex 2205 e 2507?
O aço inoxidável duplex 2507 tem melhor força, resistência à corrosão e dureza do que o 2205. Sua resistência também é maior. Mas o aço inoxidável duplex 2205 custa menos.
Resumo e mais
Este artigo explica resumidamente a definição de aço inoxidável duplex, sua composição, propriedades, graus, aplicações e outros aspectos importantes. Para saber mais sobre o aço inoxidável ou outros tipos de aço, consulte nosso blog ou Entre em contato com nossos especialistas em metais.
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