BR0111044B1

BR0111044B1 - liga austenìtica.

Info

Publication number: BR0111044B1
Application number: BRPI0111044-6A
Authority: BR
Inventors: Charlotte Ulfvin; Bertil Walden
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2010-12-28
Also published as: US6905652B2; WO2001090432A1; EP1287176A1; JP2003534456A; SE0001921D0; BR0111044A; SE0001921L; EP1287176B1; DE60129223D1; DE60129223T2; US20020021980A1; KR20030001542A; SE520027C2; CA2409896C; KR100778132B1; ATE366326T1; JP4417604B2; CA2409896A1; ES2288955T3

Description

"LIGA AUSTENÍTICA"

Campo Técnico da Invenção

A presente invenção se refere a uma liga de açoinoxidável austenitica, com altos teores de Cr, Mo, Mn, N eNi, para aplicações dentro de áreas onde uma combinação deuma satisfatória resistência à corrosão, por exemplo,contra substâncias de ocorrência normal na extração depetróleo e gás, assim como satisfatórias propriedadesmecânicas, são requeridas, tal como uma alta resistência eresistência à fadiga. Deve ser possível se utilizar a ligade aço, por exemplo, na indústria de petróleo e gás, nalimpeza de gás de combustão, em aplicações com uso de águasalgada e em refinarias.

Fundamentos da Invenção

Os aços inoxidáveis austeníticos são ligas de açocom uma estrutura de cristal de fase única, que écaracterizada por uma estrutura cúbica de face centrada. Osaços inoxidáveis modernos são usados principalmente emaplicações dentro de diferentes indústrias deprocessamento, onde os requisitos principalmente relativosà resistência à corrosão são de vital importância para aseleção do aço a ser usado. A caracterização dos açosinoxidáveis austeníticos é que os mesmos apresentem suamáxima temperatura nas áreas de aplicação idealizadas. Afim de aumentar a aplicabilidade nos difíceis ambientes,alternativamente em temperaturas mais altas, foramadicionados teores mais altos de elementos de liga, comoNi, Cr, Mo e N. Inicialmente, tais materiais foramutilizados na condição de recozimento, em que limites depontos de deformação de 220-450 MPa foram normais. Exemplosde aços inoxidáveis austeniticos altamente ligados incluemUNS S31254, UNS N08367, UNS N08926 e UNS S32654. Aindaoutros elementos, como Mn, Cu, Si e W podem ocorrer comoimpurezas ou com o objetivo de proporcionar aos açospropriedades especiais.

Os elementos de liga nesses aços austeniticos sãolimitados superiormente pela estabilidade estrutural. Osaços inoxidáveis austeniticos são sensíveis à precipitaçãode fases intermetálicas em teores de liga mais altos, nafaixa de temperatura de 650-1000°C. A precipitação da faseintermetálica será favorecida pelo aumento de teores de Cre Mo, mas pode ser suprimida pela ligação com N e Ni. Oteor de Ni é principalmente limitado pelo aspecto de custoe por causa disso o mesmo diminui acentuadamente asolubilidade do N no material fundido. O teor de N éconsequentemente limitado pela solubilidade no materialfundido e também na fase sólida, quando a precipitação denitretos de Cr pode ocorrer.

A fim de aumentar a solubilidade de N no materialfundido, o teor de Mn e Cr pode ser aumentado, assim como oteor de Ni pode ser reduzido. Entretanto, o Mo tem sidoconsiderado causador de um aumento de risco da precipitaçãoda fase intermetálica, razão pela qual, foi consideradonecessário limitar o seu teor. Altos teores de elementos deliga não têm sido apenas limitados por consideraçõesrelativas à estabilidade estrutural. Mesmo a altaductilidade durante a produção dos lingotes de aço tem sidoum problema para o processamento subsequente.

Uma aplicação interessante do aço inoxidável é eminstalações para extração de petróleo/gás ou de calorgeotérmico. A aplicação coloca altas exigências com relaçãoao material devido aos compostos altamente agressivos desulfeto e cloreto de hidrogênio, em diferentes condições,dissolvidos nos liquidos/gases produzidos, tais comoóleo/água ou misturas dos mesmos, sob temperatura e pressãobastante altas. Os aços inoxidáveis são aqui usados emgrande escala, tanto em tubos de produção como nas assimchamadas linhas de cabo ou linhas de minério trituradopronto para fusão, nas fontes de suprimento. 0 grau deresistência contra a corrosão induzida por cloreto dosmateriais alternativamente de corrosão induzida por H2S oucombinações dos mesmos, pode ser limitativo para seu uso.Em outros casos, o uso é limitado em um grau maior deresistência à fadiga devido ao repetido uso como linhas decabo ou linhas de minério triturado pronto para fusão e dacurvatura do elemento de cabo através da assim chamada rodade polia. Além disso, as possibilidades de utilização domaterial dentro desse setor são limitadas pela permitidadeficiência de carga dos elementos de cabo das linhas decabo ou linhas de minério triturado pronto para fusão.Atualmente, a deficiência de carga será maximizada pelo usode material moldado a frio. 0 grau da deformação a frioserá normalmente otimizado com relação à ductilidade. Orequisito de perfis correspondentes pode ser necessáriopara molas tipo fita e molas de arame, onde ocorrem altosrequisitos de resistência à fadiga e propriedades decorrosão.

Normalmente, os materiais que ocorrem dentrodesse segmento para uso em ambientes corrosivos incluem oáco UNS S31603, os aços duplex, como UNS S31803, que contém22% de Cr, alternativamente o aço UNS S32750, que contém25% de Cr, os aços inoxidáveis altamente ligados, tais comoUNS N08367, UNS S31254 e UNS N08028. Para ambientes maisagressivos, materiais exclusivos, como ligas de Nialtamente ligadas com altos teores de Cr e Mo ealternativamente materiais à base de Co, são usados paradeterminadas aplicações. Em todos os casos, o uso élimitado por razões de corrosão e de tensão ou esforços.

Quando se considera um aço para tais ambientes, ébem conhecido que o Cr e o Ni aumentam a resistência aosambientes contendo H2S, enquanto o Cr, Mo e N sãofavoráveis aos ambientes contendo cloretos, de acordo com arelação já conhecida:

PRE = % Cr + 3,3% Mo + 16% N.

Uma otimização da liga fez com que até agora osteores de Mo e N fossem maximizados, a fim de obter, dessemodo, o mais alto valor de PRE possível. Portanto, emmuitos dos aços modernos atualmente existentes, aresistência a uma combinação de corrosão por H2S e Cl nãofoi dado prioridade, mas levado em consideração apenas emum grau limitado. Além disso, a extração de petróleo nosdias de hoje está sendo feita em crescente proporção defontes de suprimento que se tornam mais profundas. Ao mesmotempo a pressão e temperatura aumentam (os assim chamadosCampos de Alta Pressão e Alta Temperatura) . 0 aumento daprofundidade ocasiona, logicamente, um aumento do pesobruto durante o uso de materiais suspensos, embora issoseja mais relativo às chamadas linhas de cabo ou sistemasde tubulações. 0 aumento da pressão e temperatura faz comque as condições de corrosão se agravem, pelo que aumentamas exigências em relação ao aço existente. Para as linhasde cabo existem também exigências no sentido de aumentar oponto de deformação sob tensão, uma vez que ocorreplasticidade na superfície dos materiais existentes nostamanhos presentemente usados de rodas de polias. Esforçosde tensão de até 2000 MPa existem na camada de superfície,o que é considerado uma forte contribuição para um curtoperíodo de vida, que é obtido para as ligas de linhas decabo.

À luz dos fundamentos acima, é fácil identificaruma exigência ou um requisito para uma nova liga, quecombine a resistência contra corrosão induzida por cloretoe resistência contra corrosão induzida por H2S, paraaplicações particularmente na indústria de petróleo e gás,mas, também, dentro de outras áreas de aplicações. Alémdisso, existem demandas de uma resistênciasignificativamente maior que a da técnica de hoje em diaconsegue em uma dada faixa de deformação a frio. Na medidaem que a resistência é desejada, acarreta que não ocorre aplastificação de dimensões do cabo sobre a superfície oupermite o uso de menores dimensões desejadas.

Na Patente US-A-5.480.609, é descrito um açoaustenítico, que, de acordo com a reivindicação 1, contémferro e 20-30% de cromo, 25-32% de níquel, 6-7% demolibdênio, 0,35-0,8 de nitrogênio, 0,5-5,4% de manganês,mais de 0,06% de carbono, mais de 1% de silício, todosreferidos com relação ao peso e que exibem um número de PREigual a pelo menos 50. Componentes opcionais incluem ocobre (0,5-3%), nióbio (0,001-0,3%), vanádio (0,001-0,3%),alumínio (0,001-0,1%) e boro (0,0001-0,003%). No únicoexemplo prático, foram usados 25% de cromo, 25,5% deníquel, 6,5% de molibdênio, 0,45% de nitrogênio, 1,5% decobre, 0,020% de carbono, 0,25% de silício e 0,001% deenxofre, balanço de ferro e impurezas. Esse aço exibesatisfatórias propriedades mecânicas, mas não apresentapropriedades suficientemente boas para preencher asfinalidades de acordo com a presente invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 mostra um gráfico plotando a tensãocontra a temperatura, sob processamento a quente, para asmodalidades X e P da presente invenção.

A figura 2 mostra um gráfico plotando a tensãocontra a temperatura, sob processamento a quente, para asmodalidades S e P da presente invenção.

A figura 3 mostra um gráfico que plota aresistência à tração final contra a redução da seçãotransversal.

A figura 4 mostra a carga como característica daextensão de algumas modalidades da presente invenção ealguns exemplos comparativos.

A figura 5 mostra a carga incluindo o peso brutoe o esforço de flexão versus o diâmetro da roda de polia.

Resumo da InvençãoPortanto, a presente invenção se refere a umaliga de aço inoxidável austenitica, que preenche àsexigências acima mencionadas. A liga, de acordo com ainvenção, contém em peso %:

- Cr: 23-30

- Ni: 25-35

- Mo: 3-6

- Mn: 1-6

- N: 0-0,4

- C: até 0,05

- Si: até 1,0

- S: até 0,02

- Cu: até 3

com o balanço de ferro e ocorrência de impurezas e adiçõesnormais.

O teor de níquel deve ser preferencialmente depelo menos 26% em peso, mais preferencialmente de pelomenos 28% em peso e ainda mais preferencialmente de pelomenos 30 ou 31% em peso. O limite superior para o treor deníquel é adequadamente de 34% em peso. O teor de molibdêniopode ser de pelo menos 3,7% em peso, sendo, adequadamente,de pelo menos 4,0% em peso. Particularmente, seu mais altoteor é de 5,5% em peso. Um teor adequado de manganês ésuperior a 2% em peso, preferencialmente o teor é de 3-6%em peso e especialmente de 4-6% em peso. O teor denitrogênio é preferencialmente de 0,20-0,40%, maispreferencialmente de 0,35-0,40% em peso. O teor de cromo éadequadamente de 24%. Resultados particularmente favoráveisserão obtidos com um teor de cromo superior a 28% em peso,particularmente, superior a 27% em peso. 0 teor preferidode cobre é superior a 1,5% em peso.

Na liga em questão, é possível se substituir aquantidade de molibdênio, parcial ou completamente portungstênio. No entanto, a liga deve conter,preferencialmente, pelo menos 2% em peso de molibdênio.

A liga de acordo com a invenção pode conterelementos de adição de ductilidade, consistindo de um oumais dos elementos de Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd,preferencialmente em uma quantidade total superior a 0,2%.

Descrição Detalhada da Invenção

A importância dos elementos de liga da presenteinvenção é conforme exposto a seguir.

Níquel (25-35% em peso)

Um alto teor de níquel homogeneiza acentuadamenteum aço inoxidável ligado, mediante aumento da solubilidadede Cr e Mo. A austenita estabilizadora do níquel, suprime aformação das fases indesejáveis sigma (σ), lambda (λ) e ' qui(κ), que, em grande proporção, consistem dos elementosligados cromo e molibdênio.

0 níquel atua não apenas como contrapartida paraprecipitação dos elementos dispostos cromo e molibdênio,como também atua como um importante elemento de liga paraaplicações de petróleo/gás, onde a ocorrência de sulfetos ecloretos de hidrogênio é normal. Altos esforços emcombinação com um ambiente pegajoso pode provocar corrosãopor tensão, "fissuramento por corrosão por tensão" (SCC),que normalmente é referido como fissuramento por corrosãopor tensão de sulfeto" (SSCC) nos mencionados ambientes. Aliga é baseada em altos teores de níquel e cromo, uma vezque o efeito de sinergia dos mesmos foi considerado comosendo mais decisivo do que uma alta concentração demolibdênio, em relação à resistência ao SCC em ambientesanaeróbicos, com uma mistura de sulfetos e cloretos dehidrogênio.

Um alto teor de níquel foi também consideradocomo sendo favorável contra a corrosão geral em ambientesredutores, o que é vantajoso com relação aos ambientes emfontes de suprimento de petróleo e gás. Uma equação baseadanos resultados dos testes de corrosão foi produzida. Aequação prevê a velocidade de corrosão em um ambienteredutor. A liga deve adequadamente atender aos pré-requisitos .

10a (2, 53 - 0, 098 χ [%Ni] - 0, 024 χ [%Mn] + 0, 034 χ [%Cr] -0,122 χ [%Mo] + 0,384 χ [%Cu] < 1,5.

Entretanto, existe uma desvantagem em que oníquel diminui a solubilidade do nitrogênio na liga edeteriora a processabilidade/usinabilidade a quente, o queprovoca uma limitação superior para o teor do níquel daliga.

A presente invenção, entretanto, demonstrou queum alto teor de nitrogênio pode ser permitido de acordo comexposto acima, mediante balanceamento do alto teor deníquel com altos teores de cromo e manganês.Cromo (23-30% em peso)

Um alto teor de cromo é a base para um materialresistente à corrosão. Uma maneira rápida de classificar,ummaterial quanto à corrosão na forma de pites em um ambientede cloreto é usar a fórmula mais aplicada para"equivalente da resistência à corrosão":

(PRE) = [%Cr] + 3,3 χ [%Mo] + 16 χ [%N],

onde os efeitos positivos do molibdênio e do nitrogênio setornam evidentes. Existe uma quantidade de diferentesvariantes de fórmula para [PRE], particularmente em queeste é o fator para o nitrogênio, que difere de fórmulapara fórmula, e algumas vezes ocorre também manganês, comoum elemento que diminui o número do valor de [PRE]. Um altovalor de [PRE] indica uma alta resistência à corrosão porpites em ambientes de cloreto. Apenas o nitrogênio que édissolvido na matriz apresenta uma influência favorável,diferentemente dos nitretos, por exemplo.

Fases indesejáveis, como a dos nitretos, podem aoinvés disso, atuar como pontos de iniciação para ataques decorrosão, razão pela qual, o cromo é um importante elementodevido à sua propriedade de aumentar a solubilidade donitrogênio na liga. A fórmula seguinte proporciona umaindicação sobre a resistência da liga em relação à corrosãopor pites e quanto maior for o valor melhor será aeficácia. Foi observado que essa fórmula prevê melhor aresistência à corrosão da liga que a fórmula clássica de[PRE]. A fórmula explica também porque um teor de cromopreferencialmente mais alto é de importância na presenteinvenção, diferentemente do estado da técnica. Ao invés deuma diferença do fator 3,3 entre molibdênio e cromoconforme a fórmula clássica de [PRE], o fatorcorrespondente se torna 2,3, de acordo com a fórmulaseguinte. Uma comparação entre a temperatura de corrosãopara a nova liga e os aços UNS N08926, UNS S31264, amboscom altos teores de molibdênio, e UNS N08028, sãoapresentados no Exemplo 1.

93,13 - 3,75 χ [%Mn] + 6,25 χ [%Cr] + 5,63 χ [%N] + 14,38 χ[%Mo] - 2,5 χ [%Cu].

O cromo apresenta, conforme mencionadoanteriormente, além da influência contra a corrosão porpites , uma favorável influência contra a SCC, no que serefere aos ataques de sulfeto de hidrogênio. Além disso, ocromo exibe uma influência positiva no teste de Huey, quereflete a resistência à corrosão intergranular, isto é, acorrosão em que um baixo teor de material de carbono (C <0,03% em peso) é sensitizado mediante tratamento térmico a600-800°C. A presente liga provou ser altamente resistente.

Modalidades preferidas de acordo com a presente invençãoatendem aos seguintes requisitos:

10Λ(- 0,441 - 0,035 χ [%Cr] - 0,308 χ [%N] + 0,073 χ [%Mo]+ 0,022 χ [%Cu] < 0,10.

Ligas particularmente preferidas possuem umaquantidade de < 0,09.

Diferentemente do cromo, o molibdênio aumenta avelocidade de corrosão. A explicação é a tendência àprecipitação do molibdênio, que proporciona o surgimento defases indesejáveis durante a sensitização.

Consequentemente, é escolhido um alto teor de cromo emfavor de um teor realmente alto de molibdênio, mas também afim de obter uma ótima estabilidade estrutural para a liga.Certamente, que ambos os elementos de liga aumentam atendência à precipitação, mas os testes mostraram que omolibdênio possui duas vezes o efeito do cromo em umafórmula derivada empiricamente para a estabilidadeestrutural, pelo que conforme exposto a seguir, omolibdênio apresenta uma influência mais negativa que ocromo. A liga de acordo com a invenção, preferencialmenteatende aos requisitos:

-8,135 - 0,16 χ [%Ni] + 0,532 χ [%Cr] - 5,129 χ [%N] +0,771 χ [%Mo] - 0,414 χ [%Cu] < 4.

Molibdênio (3-6% em peso)

Uma maior adição de molibdênio é normalmentefeita para melhorar a resistência à corrosão da austenita,a fim de aumentar a resistência aos ataques de corrosão, emgeral. Por exemplo, seu efeito favorável em relação àcorrosão por pites em ambientes de cloreto foiprimeiramente mostrado pela bem conhecida fórmula [PRE],uma fórmula que tem sido a diretriz das ligas atuais. Napresente invenção, também, um efeito favorável domolibdênio em relação à resistência à corrosão é previstoem fórmulas desenvolvidas particularmente para ocomportamento da presente invenção, com característica deerosão em ambientes redutores e com característica decorrosão por pites em ambientes de cloreto. De acordo com afórmula anterior para corrosão por pites , é importanteacentuar que a influência do molibdênio na corrosãoinduzida por cloreto não tem se mostrado tão acentuadaquanto o estado da técnica tem manifestado a mesma. Emgeral, tem-se adquirido por experiência e conhecimento queas sinergias de altos teores de níquel e cromo são maisdecisivas com relação à resistência à corrosão por tensãoem um ambiente anaeróbico contendo uma combinação desulfetos e cloretos de hidrogênio, do que com um alto teorde molibdênio.

A tendência à precipitação do molibdênioproporciona um efeito negativo em relação à corrosãointergranular (ambiente oxidante), onde o elemento de ligaé ligado, ao invés de ser ligado na matriz. A liga deacordo com a presente invenção combina uma bastante altaresistência à corrosão por pites com uma resistência aácidos, o que torna a mesma ideal para trocadores de calorna indústria química. A resistência da liga aos ácidos(ambiente redutor) é descrita com a seguinte fórmula paracorrosão em geral. A liga, de acordo com a invenção, devepreferencialmente atender ao requisito:

10a (3, 338 + 0, 049 χ [%Ni] + 0,117 χ [%Mn] - 0,111 χ [%Cr] -0,601 χ [%Mo]) < 0,50.

Um claro aumento na dureza pode ser entendido apartir dos diagramas, que mostram a tensão necessáriadurante o tratamento térmico, para as variações da ligacontendo respectivos alto e baixo teores de molibdênio. Ainfluência negativa do molibdênio em relação à tensãonecessária durante o processamento a quente é mostrado nafigura 1, através das variações de ligação X e Ρ. A tensãonecessária é diretamente proporcional à carga necessária,que é medida onde a área da amostra de teste não é afetada,isto é, diretamente antes do afunilamento. A tensão écalculada pela seguinte relação:

σ = F/A

onde:σ é a tensão em N/mm2;

F é a força em N;

A é a área em mm2 (fixa)

A estabilidade estrutural reduzida e aspropriedades de processamento fazem com que o teor demolibdênio da liga, apesar de normalmente influenciarfavoravelmente em relação à resistência à corrosão da liga,será limitada a um máximo de 6%, preferencialmente a uramáximo de 6,0% em peso.

Manganês (1,0-6,0% em peso)

O manganês é de vital importância para a liga,devido a três razões. Se objetiva uma alta resistência parao produto final, razão pela qual a liga deve ser endurecidasob tensão durante o processamento a frio. O nitrogênio e omanganês são conhecidos pela redução da energia de falha deempilhamento, que, por sua vez, ocasiona essasdiscordâncias no material dissociado e forma frações deShockley. Quanto menor for a falha de empilhamento, maiorserá a distância entre as frações de Shockley e maisagravado será o deslizamento dos deslocamentos, o que fazcom que o material obtenha uma maior têmpera ouenrijecimento sob tensão. Diante de tais fundamentos, altosteores de manganês e nitrogênio são bastante importantespara a liga. Um rápido endurecimento sob tensão serávisualizado nos gráficos com redução, apresentados nafigura 3, onde a nova liga é comparada com os aços jáconhecidos UNS N08926 e UNS N08028.

Além disso, o manganês aumenta a solubilidade donitrogênio no material fundido, o que contribui em favor deum alto teor de manganês. Apenas um alto teor de cromo nãotorna a solubilidade suficiente, uma vez que o teor deníquel, que diminui a solubilidade de nitrogênio, foiescolhido mais alto que o teor de cromo. A solubilidade donitrogênio da liga pode ser prevista termodinamicamenteatravés da fórmula abaixo. Um fator positivo para omanganês, cromo e molibdênio é mostrado pelo seu crescenteefeito sobre a solubilidade do nitrogênio.

-1,3465 + 0,0420 χ [%Cr] + 0,0187 χ [%Mn] + 0,0103 χ [%Mo]- 0, 0093 χ [%Ni] - 0, 0084 χ [%Cu] .

O valor deve ser adequadamente muito maior que -0,4 6 emenor que 0,32.

Uma terceira razão para uma faixa de teor demanganês na presente invenção é que uma análise da tensãode deformação feita sob elevada temperatura,surpreendentemente mostrou a melhoria do efeito do manganêsem relação à condição de usinabilidade da liga. Quanto maisaltamente ligado o aço se torna, mais difícil o mesmo seráprocessado ou usinado e mais importantes se tornam asadições para a melhoria da condição de usinabilidade, quealém de simplificar, torna a produção mais barata. Umaadição de manganês, envolve uma diminuição da durezadurante o processamento a quente, o que se depreende dodiagrama da figura 2, que mostra a tensão necessáriadurante o processamento a quente para as variações da ligacom alto e baixo teor de manganês, respectivamente. Oefeito positivo do manganês em relação à tensão necessáriadurante o processamento a quente é demonstrado pelasvariações S e P da liga. A tensão necessária é diretamenteproporcional à força necessária, que é medida onde a áreada amostra não é afetada, isto é, diretamente antes doafunilamento. A tensão é calculada a partir da seguinterelação:

σ = F/A

onde:

σ é a tensão em N/mm2;F é a força em N;A é a área em mm2 (fixa)

A boa usinabilidade a quente torna a ligaexcelente para produção de tubos, arames e tiras. Noentanto, foi descoberto um efeito fracamente negativo domanganês em relação à ductilidade a quente da liga,conforme descrito na fórmula abaixo. Um efeito altamentepositivo, como a diminuição da dureza do elemento deligação durante o processamento a quente foi estimado comomais importante. A liga apresenta adequadamente umacomposição que proporciona um valor de pelo menos 43 nafórmula seguinte, preferencialmente um valor de pelo menos 44.

10a(2,059 + 0,00209 χ [%Ni] - 0,017 χ [%Mn] + 0,007 χ [%Cr]- 0,66 χ [%N] - 0, 056 χ [%Mo] ).

O manganês surgiu como um elemento que diminui aresistência à corrosão por pites da liga em embiente decloreto. Ao se equilibrar a corrosão e a usinabilidade, éescolhido um teor ótimo de manganês para a liga.

A liga possui preferencialmente uma composição emque se obtém um limite de aquecimento superior a 1230, deacordo com a seguinte fórmula:10a (3,102 - 0,000296 χ [%Ni] - 0,00123 χ [%Μη] + 0,0015[%Cr] - 0,05 χ [%Ν] - 0,00276 χ [%Μο] - 0,00137 χ [%Cu]).

Nitrogênio (0-0,4% em peso)

0 nitrogênio, assim como o molibdênio, é umelemento de ligação comum nas atuais austenitas resistentesà corrosão, a fim de aumentar a resistência à corrosão,assim como a resistência mecânica de uma liga. Para apresente liga, o mais importante é o aumento da resistênciamecânica pelo nitrogênio, conforme explicado adiante. Comoanteriormente mencionado, é obtido um acentuado aumento naresistência durante a deformação a frio, na medida em que omanganês reduz a energia de falha de empilhamento da liga.

A invenção explica também que o nitrogênio aumenta aresistência mecânica da liga como conseqüência de átomosintersticiais solúveis, que provocam tensões na estruturacristalina. Uma alta resistência é de fundamentalimportância para as aplicações idealizadas na forma delâminas, trocadores de calor, tubos de produção, molas detipo fita e de arame, cabo de sondas, linhas de cabos etambém toda a sorte de aplicações médicas. Ao utilizar ummaterial de alto índice de tensão, é possível se obter amesma resistência com menos material e, consequentemente,menor peso. No caso das molas, a sua tendência paraabsorção de energia elástica é de decisiva importância. Aquantidade de energia elástica que as molas podem armazenaré calculada de acordo com a seguinte relação:

W = constante χ σ2/Ε para molas com tensão de flexão;W = constante χ x2/G para molas com tensão de cisalhamento;

onde σ representa o limite da elasticidade em tensão deflexão, na prática, o ponto de deformação sob tensão domaterial, E representa o módulo de elasticidade e Grepresenta o módulo de cisalhamento.

As constantes são dependentes do formato da mola.Independentemente da tensão de flexão ou tensão decisalhamento, se obtém a possibilidade de armazenamento deuma energia altamente elástica, com alto ponto dedeformação sob tensão e baixos módulos de elasticidade e decisalhamento, respectivamente. Pelo fato da dificuldade dese medir o módulo de elasticidade no arame embobinado emuma bobina com uma certa curvatura, um valor, válido para oaço UNS N08926 foi suposto pela literatura para todas asligas mencionadas.

Tabela 1

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O nitrogênio apresente também um efeito favorávelem relação à corrosão por pites , tal como mostrado acima.

NO que diz respeito à estabilidade estrutural, onitrogênio pode atuar tanto na direção positiva daestabilização como na direção negativa, proporcionandonitretos de cromo.

Cobre (0-3% em peso)

O efeito da adição de cobre sobre as propriedadesde corrosão de aço austenitico é concorrido. Entretanto,parece ser claro que o cobre aumenta acentuadamente aresistência à corrosão em ácido sulfúrico, que é de grandeimportância para o campo de aplicação da liga. O cobre,durante o teste, mostrou ser um elemento que é favorávelpara a produção de tubos, razão pela qual uma adição decobre é particularmente importante para material produzidopara aplicações de tubo. Em geral, por experiênciaadquirida, é conhecido que um alto teor de cobre emcombinação com um alto teor de manganês acentuadamentediminui a ductilidade a quente, razão pela qual o limitesuperior do cobre é determinado em 3% em peso. O teor decobre é preferencialmente superior a 1,5% em peso.

A seguir, serão descritas algumas modalidades deliga de acordo com a invenção, com o objetivo de visualizara mesma, mas não limitando seu escopo.

Exemplos

Nas Tabelas seguintes, é fornecida a composiçãopara as ligas testadas de acordo com a invenção e paraalgumas ligas bem conhecidas, já mencionadas acima. Para asligas bem conhecidas, a variação que define a composiçãopara teste é dada para esses casos, que foram usados parateste.Tabela 2

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Tabela 3

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Exemplo 1

Medições de corrosão por pites em ambiente deFeCl3 6% em peso, foram executadas em conformidade com aNorma ASTM G 48, em três ligas de acordo com a invenção etrês ligas comparativas. A temperatura mais alta possível éde IOO0C com relação ao ponto de ebulição da solução.

Tabela 4

<table>table see original document page 22</column></row><table>

1 - média de 2 testes

2 - média de 12 testes

3 - média de 22 testes

4 - valores da planilha de dados editada pela Sandvik Steele trabalho técnico da Avesta Sheffield, respectivamente.

Ao se comparar os três diferentes testes deacabamento, isto é, o teste de processamento a frio compolimento de acordo com a especificação ASTM G48, o testecom recozimento com polimento de acordo com a especificaçãoASTM G48 e a amostra de teste de tubo com superfície jáexistente, é esperado se obter a mais alta temperatura parao teste de recozimento com superfície polida. Após isso,segue o teste de processamento a frio da amostra comsuperfície polida e o teste de dureza, em que se espera umatemperatura mais baixa, onde o casquilho do teste foi feitoa partir de tubos processados a frio com superficie jáexistente.

Exemplo 2

A tensão que é necessária para o processamento aquente da presente liga, com diferentes teores de manganêse molibdênio, é mostrada nas Figuras 1 e 2. 0 efeitonegativo do molibdênio sobre a tensão necessária serádemonstrado através das variantes X e P na figura 1. 0efeito positivo do manganês sobre a tensão necessária serádemonstrado através das variantes S e P na figura 2.

Exemplo 3

O aumento substancialmente melhor na tensãobásica com processamento a frio das presentes ligas, dasvariantes B, CeE, em comparação com os aços já conhecidosUNS N08028 e UNS N08926, é demonstrado na figura 3.

Exemplo 4

Nos diagramas das figuras 4 e 5, são visualizadasas propriedades essenciais para aplicação de arame e linhasde cabos.

O diagrama da figura 4 mostra que a carga queexcede um arame de peso bruto da nova liga, comparado comum arame produzido a partir do aço conhecido UNS N08026,pode ser calculada como uma função da extensão do arame.

A densidade das ligas foi estimada como ρ = 8000kg/m3 e a aceleração da gravidade aproximadamente estimadacomo g = 9,8 m/s2.

Um arame longo possui um evidente peso brutoinerente do arame. Normalmente, esse peso bruto seráconduzido por meio de rodas com curvatura variável, quealém disso proporcionam o surgimento de tensões no arame.Quanto menor for o raio de curvatura das rodas, maior seráa tensão de flexão do arame. Ao mesmo tempo, um arame demenor diâmetro possibilita uma curvatura mais acentuada. Odiagrama da figura 5 mostra que a carga incluindo o pesobruto e as tensões de flexão que o arame produziu a partirda nova liga, comparado com a liga conhecida UNS N08028,pode ser calculada como uma função do diâmetro da roda depolia.

O módulo de elasticidade de ambas as ligas foiestimado como E = 198.000 MPa.

Os cálculos para o diagrama são feitos sob ahipótese de que a queda de tensão é elasticamente uma retalinear e a carga de suporte máximo será determinada pelatensão de deformação do material (Rpo,2) ·

Exemplo 5

Na seguinte Tabela 5, os valores calculados paraas relações I-IX discutidas acima, são conforme o seguinte:

I: Estabilidade Estrutural = -8,135 - 0,16.[%Ni] +0,532.[%Cr] - 5,129.[%N] + 0,771.[%Mo] - 0,414.[%Cu];

II: Ductilidade a quente = 10Λ(2,059 + 0,00209.[%Ni] -0,017.[%Mn] + 0,007.[%Cr] - 0,66.[%N] - 0,056.[%Mo]);

III: Limite de aquecimento = 10Λ(3, 102 - 0, 000296. [%Ni] -0, 0123. [%Mn] + 0,0015. [%Cr] - 0,05. [%N] - 0, 00276. [%Mo] -0,00137.[%Cu]);

IV: Corrosão geral (resistência a ácido) = 10Λ(3,338 +0,049. [%Ni] + 0,117. [%Mn] - 0,111. [%Cr] - 0,601. [%Mo]);

V: Corrosão geral (ambientes redutores) = 10a(2,53 --0, 098. [%Ni] - 0,024. [%Mn] + 0, 034. [%Cr] - 0,122. [%Mo] +0,384.[%Cu]);

VI: Corrosão intergranular (ambientes oxidantes) =-10Λ(-0, 441 - 0, 0335. [%Cr] - 0, 308. [%N] + 0, 073. [%Mo] +- 0,022.[%Cu]);

VII: Corrosão por pites = 93, 13 - 3, 75. [%Mn] + 6,25. [%Cr] +-5,63.[%N] + 14,38.[%Mo] - 2,5.[%Cu];VIII: PRE = [%Cr] + 3,3.[%Mo] + 16.[%N];

IX: Solubilidade do Nitrogênio = 1, 3465 + 0, 0420. [%Cr] +-0, 0187. [%Mn] + 0,0103. [%Mo] - 0, 0093. [%Ni] - 0, 0084. [%Cu] .

Na Tabela, são também fornecidos os valorespreferidos para as diferentes correlações.

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Claims

1.- Liga austenitica, caracterizada pela seguintecomposição em peso %:- Cr: 23-30- Ni: 26-35 '- Mo: 3-6- Mn: 3-6 ·- N: 0-0,40- C: até 0,05'- Si: até 1,0- S: até 0,02- Cu: até 3,0com o balanço de ferro e ocorrência de impurezas eadições normais, enquanto os teores são ajustados paraatender à seguinte condição:- 10a (2,53 - 0, 098 χ [%Ni] - 0,024 χ [%Mn] + 0, 034 χ[%Cr] - 0,122 χ [%Mo] + 0,384 χ [%Cu]) < 1,5.

2.- Liga austenitica decaracterizada em que o teorde pelo menos 28% em peso e,- 34% em peso.acordo com a reivindicação 1,de níquel é preferencialmentemais preferencialmente, de 31-

3.- Liga austenitica, de acordo com as reivindicações- 1 ou 2, caracterizada em que o teor de molibdênio é entre- 4,0 e 6,0% em peso, preferencialmente entre 4,0 e 5,5% empeso.

4.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que o teor demanganês é entre 4 e 6% em peso.

5.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que o teor denitrogênio é entre 0,20 e 0,40% em peso, preferencialmenteentre 0,35 e 0,40% em peso.

6.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que o teor decromo é entre 23 e 28% em peso, preferencialmente entre 24e 28% em peso.

7.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que omolibdênio é parcialmente substituído por tungstênio, emque pelo menos 2% em peso de molibdênio são incluídos.

8.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que a ligacontém uma adição de ductilidade que consiste da adição deum ou mais elementos de Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti e Nd,em uma quantidade total de no máximo 0,2% em peso.

9.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que os teoresdos elementos atendem à seguinte condição:-10Λ(- 0,441 - 0,035 χ [%Cr] - 0,308 χ [%Ν] + 0,073 χ[%Μο] + 0,022 χ [%Cu]) < 0,10, especialmente <0,09.

10.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que os teoresdos elementos atendem à seguinte condição:-10a(3,102 - 0,000296 χ [%Ni] - 0,00123 χ [%Mn] +-0,0015 χ [%Cr] - 0,05 χ [%N] - 0,00276 χ [%Mo] - 0,00137 χ[%Cu]) > 1230.

11.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que os teoresdos elementos atendem à seguinte condição:-10a(2,059 + 0,00209 χ [%Ni] - 0,017 χ [%Mn] + 0,007 χ[%Cr] - 0,66 χ [%N] - 0,056 χ [%Mo] ) > 43.

12.- Liga austenitica, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizada em que os teoresdos elementos atendem à seguinte condição:-0,46 < 1,3465 + 0,0420 χ [%Cr] + 0,0187 χ [%Mn] +-0,0103 χ [%Mo] - 0,0093 χ [%Ni] - 0,0084 χ [%Cu]) < -0,32.