PT626460E - Aco inoxidavel austenitico de elevada resistencia a corrosao por meios cloretados e sulfuricos e suas utilizacoes - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À CORROSÃO POR MEIOS CLORETADOS E SULFÚRICOS, E SUAS UTILIZAÇÕES" O presente invento diz respeito a um aço inoxidável austenítico de elevada resistência mecânica e elevada resistência à corrosão.

Para fabricar equipamentos destinados designadamente à purificação dos fumos de centrais termoeléctricas ou destinados a plataformas petrolíferas trabalhando em contacto com a água do mar e com meios contendo gases ácidos ou ainda para o fabrico de pasta de papel ou para a indústria química, utiliza-se aços inoxidáveis de elevada resistência mecânica e elevada resistência à corrosão nos meios cloretados e nos meios sulfuricos ou mesmo nos meios simultaneamente cloretados e sulfuricos. Esses aços inoxidáveis são aços superausteníticos, aços austenoferríticos ou aços superausteníticos de forte teor de azoto. Os aços superausteníticos de forte teor de azoto são, para essas aplicações, os que oferecem os melhores desempenhos em termos de combinação de características mecânicas e de resistência à corrosão. Esses aços são descritos por duas patentes europeias: EP-A-0.438.992 e EP-A-0.342.574.

Mas esses aços (descritos pela EP-A-0.438.992 e EP-A-0.342.574) apresentam inconvenientes. Por um lado, se a melhoria da resistência desses aços à corrosão em meios cloretados é eficaz, a resistência à corrosão dessas novas variantes em meios sulfuricos concentrados, poluídos ou não, é média, apesar da aptidão desses aços para uma utilização polivalente em meios corrosivos variados ou contendo agentes corrosivos diferentes, por exemplo cloretados e sulfúricos, não ser tão boa como a dos aços conhecidos anteriormente, que em contrapartida tinham características mecânicas muito fracas.

Por outro lado, quando se utiliza o tipo de aço descrito pela patente EP-A-0.438.992 para fabricar peças de grande espessura, no decorrer do processo de fabrico dessas peças surgem fenómenos de segregação ou de precipitação de fases intermetálicas que vão deteriorar de uma forma muito considerável as propriedades mecânicas, designadamente a resiliência e o comportamento face à corrosão.

Através do EP-A-0.292.061 são conhecidos aços polivalentes de alto teor de níquel, mas, por um lado são muito caros e por outro lado não possuem características mecânicas suficientes para responder às exigências das aplicações consideradas na presente descrição. O objectivo do presente invento consiste em remediar esses inconvenientes ao propor um aço inoxidável de elevadas características mecânicas e, designadamente, com um limite de elasticidade superior a 400 MPa e de elevada resistência à corrosão por meios cloretados e pelos meios sulfúricos puros ou poluídos e designadamente possuindo um índice de resistência à corrosão por picagem PREN = % Cr + 3,3 % Mo + 16 % N superior a 50, que possua uma muito boa aptidão para uma utilização polivalente em vários meios corrosivos contendo diferentes agentes corrosivos, por exemplo cloretados e sulfúricos, e que permita fabricar peças de grande espessura que tenham uma muito boa resistência à corrosão ’’à coeur".

Para esse efeito, o presente invento tem por objecto um aço inoxidável austenítico de elevada resistência mecânica e elevada resistência à -3- corrosão, caracterizado por conter em peso: 23% < Cr <28% 25% < Ni < 28% 4,5% < Mo < 7% 0,35% < N < 0,8% 0,5% < Mn < 5,4% C < 0,06% S< 0,010%

Si < 1% 0,5% < Cu < 3%, e pelo menos um dos elementos B, Nb, V, AI nos seguintes teores: B 0,0001 a 0,003%.; Nb 0,001 a 0,3%; V 0,001 a 0,3%; e AI 0,001 a 0,1%, sendo o resto, à excepção do ferro, constituído por impurezas resultantes da elaboração.

De preferência, o teor de carbono é inferior a 0,04%. Para melhorar a sua resistência à corrosão, este aço pode comportar entre 1 e 2% de cobre.

De maneira preferencial, a composição do aço de acordo com o invento é a seguinte: 25% < Cr < 26% 25% < Ni < 26% 6% < Mo < 7% 0,4% < N < 0,5% 2,5% < Mn < 3,5% C < 0,03% S < 0,3%

Si < 1% 1% < Cu < 2%, sendo o resto, à excepção do ferro, constituído por impurezas resultantes da elaboração.

Finalmente, a composição química do aço deve de preferência satisfazer as seguintes relações: 95 < kP = % Cr + 0,3 % Ni + 9 % Si + 27 % Mo + 130 % P - 8 % N < 232 e de preferência: 95 < kP < 210 e 319 < kC = 3,3% Cr + 10 % Ni + % Mo + 1,5 % Cu < 432 e de preferência: 355 < kC < 432. O invento tem igualmente por objecto a utilização do aço de acordo com o invento para o fabrico de equipamentos de despoluição dos fumos de centrais térmicas e de instalações de incineração de lixos domésticos, designadamente das torres de lavagem de gases ou de fumos, das condutas de gases ou de fumos e das chaminés; para o fabrico de equipamentos de deslenhificação, designadamente pelo processo com bissulfito, de filtração e de branqueamento da pasta de papel; para o fabrico de equipamentos para a indústria química em meio cloretado ou ácido e designadamente para o fabrico de cubas, reservatórios, reactores, tubos, corpos de bombas e veios de bombas; para o fabrico de equipamentos de plataformas "off-shore" submetidas à corrosão pela água do mar e/ou pelos hidrocarbonetos e designadamente de suportes de queimadores, de permutadores de calor, de separadores, de placas tubulares, de tubagens de transporte de água do mar, de tubagens utilizadas para o transporte de hidrocarbonetos, de elementos de protecção das zonas dos pilares situadas na vizinhança da superfície livre do mar, de maças-haste, de veios de bombas, de flanges de união, de bocas de poços, de colectores (manifolds) e de colunas -5- montantes (risers); para o fabrico de cisternas de transporte rodoviário ou ferroviário de produtos cloretados ou ácidos muito corrosivos. O invento irá agora ser descrito de uma maneira mais precisa mas não limitativa. O aço inoxidável austenítico de acordo com o invento deve conter (teores expressos em % em peso): - crómio: entre 23%, para se obter uma boa resistência à corrosão localizada, e um valor inferior ou igual a 28%, para se ter uma cinética de precipitação dos carbonetos e/ou fase intermetálicas não muito rápida; de preferência deverá escolher-se um teor de crómio compreendido entre 25% e 26%. - níquel: entre 25%, para se obter uma boa resistência à corrosão em meios muito diversos e designadamente nos meios sulfúricos puros ou poluídos e/ou nos gases ácidos, e um valor que pode ir até 28%, para não diminuir demasiadamente a solubilidade do azoto; será de preferência escolhido um teor de níquel compreendido entre 25% e 26%. - molibdénio: entre 4,5%, para melhorar a resistência à corrosão localizada, e um valor que pode ir até 7%, para limitar as segregações nos produtos de grande espessura que deterioram a resiliência e o comportamento face à corrosão; será de preferência escolhido um teor de molibdénio superior a 6%. - azoto: entre 0,35%, para se obter um elevado nível de características mecânicas, melhorar a estabilidade estrutural e aumentar a resistência à corrosão, e um valor que pode ir até 0,8%, para se evitar deteriorar demasiadamente a resiliência por precipitação de nitretos; será de preferência escolhido um teor de azoto compreendido entre 0,4% e 0,5%. - manganês: entre 0,5%, para melhorar a solubilidade do azoto, e -6- um vak>r que pode ir até 5,4% porque um forte teor de manganês vai deteriorar a estabilidade estrutural do aço e degradar os refractários das aciarias durante a produção.

Um aço deste tipo deve conter menos de 0,06% de carbono para se evitar a precipitação de carbonetos nos limites dos grãos que vão deteriorar a resistência à corrosão, e é preferível limitar esse teor a 0,04% e ainda melhor a 0,03%. O aço contém sempre um pouco de enxofre, que deve ser até 0,010%, que é favorável à capacidade para ser maquinado, mas que favorece a corrosão por picagem, sendo desse modo preferível ter um teor de enxofre inferior a 0,01%.

Para melhorar a resistência à corrosão em meios sulfiíricos e em meios cloretados ácidos pode-se adicionar entre 0,5% e 3%, e de preferência entre 1% e 2%, de cobre; o cobre tem igualmente a vantagem de melhorar a capacidade para ser maquinado.

Para melhorar as características mecânicas pode-se adicionar entre 0,001% e 0,3% de nióbio ou de vanádio.

Para melhorar a capacidade para ser forjado, e desse modo facilitar as operações de laminagem a quente ou de forjamento a quente, é preferível adicionar entre 0,001% e 0,1% de alumínio e eventualmente entre 0,0001% e 0,003% de boro.

De preferência, o aço contém menos de 0,04% de carbono. Este aço tem a vantagem de ter, simultaneamente: -7- - uma resistência mecânica elevada e designadamente um limite de elasticidade superior a 400 MPa, - uma boa resiliência, em particular quando é utilizado para realizar peças de grande espessura ou maciças tais como chapas grossas ou peças foqadas, em particular devido ao facto de ter um teor de molibdénio limitado a 7% no máximo, - uma boa resistência à corrosão localizada em meio cloretado, * sendo designadamente caracterizado por um índice de picagem P.R.E.N. = % Cr + 3,3 % Mo + 16 % N > 50, - uma boa resistência à corrosão nos meios cloretados e sulfúricos, devido ao seu elevado teor de níquel (> 25%).

Adicionando entre 0,5% e 3% de cobre a este aço, obtém-se um aço cuja resistência à corrosão e cuja capacidade para ser maquinado são melhoradas.

Quando aos aços anteriormente definidos se adiciona entre 0,001% e 0,3% de nióbio ou entre 0,001% e 0,3% de vanádio, obtém-se um aço cujas características mecânicas são melhoradas.

Com uma adição suplementar entre 0,001% e 0,1% de alumínio e/ou entre 0,0001% e 0,003% de boro, obtém-se um aço cuja capacidade para ser foqado é melhorada.

As adições de cobre, vanádio, nióbio, boro, alumínio são opcionais e podem ser feitas sozinhas ou em combinação.

Os principais elementos de liga têm, para certas propriedades, efeitos tanto mais favoráveis quanto mais elevado for o seu teor, e para outras propriedades, efeitos tanto menos desfavoráveis quanto menos elevado for o seu -8- teor; por conseguinte, será preferível escolher a composição química num domínio de composição não muito amplo. Deste modo, em qualquer dos casos será preciso limitar os domínios do crómio, do níquel e do molibdénio a: 23% < Cr < 28% 25% < Ni < 28% 4,5% < Mo < 7%

Os inventores constataram que os melhores resultados eram aqueles que eram obtidos com um aço cuja composição é a seguinte: 25% < Cr < 26% 25% < Ni < 26% 6% < Mo < 7% 0,4% < N < 0,5% 2,5% < Mn < 3,5% 1% < Cu < 2% C < 0,03%

Si < 0,3% e S<0,01%, sendo o resto, à excepção do ferro, constituído por impurezas resultantes da elaboração.

Além disso, este aço pode conter Nb, V, B ou Al, conforme indicado anteriormente.

Os inventores constataram igualmente que para que estes aços tivessem propriedades óptimas, seria preciso que as suas composições químicas satisfizessem as seguintes relações: - para se garantir uma fraca segregação e uma reduzida precipitação de carbonetos e/ou de fase intermetálicas: 95 < kP = % Cr + 0,3 % Ni + 9 % Si + 27 % Mo + 130 % P - 8 % N < 232 e de preferência 95 < kP < 210 - para se ter uma boa polivalência da resistência à corrosão (em particular em meios sulfúricos puros ou poluídos e em meios cloretados): 319 < kC = 3,3% Cr + 10 % Ni + % Mo + 1,5 % Cu < 432 e de preferência: 355 < kC < 432. O aço de acordo com o invento apresenta uma vantagem suplementar que provém do facto de que o produto A x R, do alongamento de rotura pelo limite de rotura, é muito elevado (cerca de duas vezes mais que para os aços da técnica anterior utilizados para o transporte), de modo que os ensaios de resis tência das paredes ao choque realizados com este aço mostraram que essa resistência era muito elevada, e designadamente mais elevada do que para os aços da técnica anterior.

Esta característica tem a vantagem de permitir realizar cisternas, recipientes ou tubagens para o transporte de produtos corrosivos que em caso de choque são bastante mais seguros que os equipamentos equivalentes realizados com aços de acordo com a técnica anterior.

As propriedades deste aço fazem com que ele seja particularmente adequado para o fabrico de reactores (digestores, torres de lavagem, cubas de filtros, cubas de ataque), de tubos (soldados e sem soldadura), de chaminés, de peças de junção tais como flanges de união, de colectores (manifolds), de canalizações (flow lines), de separadores e de cisternas de transporte rodoviário - 10- ou ferroviário, para as indústrias em que estes equipamentos são submetidos a corrosões muito severas por parte dos meios cloretados e/ou sulfuricos, puros ou poluídos, e designadamente para as plataformas "off-shore" de explorações petrolíferas, para as instalações de despoluição dos fumos de combustão de centrais térmicas ou de incineração de lixos domésticos, para a preparação de pasta de papel, em particular pelo processo chamado "com bissulfíto", e designadamente para os equipamentos de filtração, branqueamento e deslenhifícação, para a indústria química e mais particularmente para os equipamentos de hidrometalurgia e indústria dos adubos que utilizam o ataque dos minerais por meios sulfúricos concentrados.

Mais particularmente: - nas plataformas "off-shore", para a exploração de campos petrolíferos ou de gás submarinos, o aço de acordo com o invento é utilizado para realizar equipamentos de processamento submetidos à corrosão pela água do mar, designadamente os suportes de queimadores, os permutadores de calor e os separadores, e designadamente as placas tubulares, as tubagens de transporte de água do mar e as tubagens utilizadas para o tratamento do petróleo ou do gás, as protecções da zona dos pilares que se encontra situada na vizinhança da superfície livre do mar, as maças-haste, os veios de bombas e as flanges de união submetidas à corrosão pela água do mar, as bocas de poços, os colectores (manifolds) e as colunas montantes (risers), - nas indústrias de despoluição para realizar os equipamentos submetidos à corrosão pelo ácido clorídrico, pelo ácido sulfurico ou por misturas destes ácidos, por vezes com a presença de ácido fluorídrico, e designadamente para a realização de torres de lavagem dos gases ou fumos de combustão das centrais térmicas e das instalações de incineração de lixos, bem como para o fabrico das condutas que vão desembocar nas chaminés; no caso particular das torres de lavagem dos gases de uma central térmica, os equipamentos são, em - 11 - particular, o reactor, o pré-saturador, a estrutura interna do absorvedor e a chaminé, - na indústria da pasta de papel, para o fabrico de equipamentos de deslenhificação, em particular pelo processo com bissulfito, e de equipamentos de filtração e de branqueamento por compostos clorados muito oxidantes, tais como o CI2 e o CIO2, e igualmente por compostos do tipo peróxido de hidrogénio e ozono; para a deslenhificação trata-se designadamente dos pré-aquecedores, dos lixiviadores, dos impregnadores e dos lixiviadores contínuos; para a lavagem e o branque amento trata-se designadamente do digestor, da tina de filtração, da torre de branqueamento com cloro e com dióxido de cloro, bem como dos seus equipamentos de difusão, lavagem e filtração e da torre de branqueamento com hipoclorito com o seu digestor e a tina de filtração, - na indústria química, o aço de acordo com o invento é utilizado vantajosamente para realizar designadamente tinas, reservatórios, reactores, tubos, corpos de bombas, veios de bombas que se acham em contacto com meios fortemente cloretados ou com meios ácidos.

Este aço permite igualmente realizar qualquer peça que vá ser submetida à abrasão/corrosão nos meios cloretados ou ácidos.

Com efeito, para todas estas aplicações, os entendidos na matéria procuram constantemente o aço cujas características mecânicas e cuja resistência à corrosão sejam 0 mais elevadas possível, sem que no entanto 0 seu preço seja exorbitante, a fim de realizar equipamentos o mais fiáveis possível, e isto a um preço compatível com a sua exploração industrial. Sob este ponto de vista, 0 aço de acordo com o invento, graças à sua composição química e às suas propriedades, é bastante mais interessante do que as superligas à base de níquel.

As aplicações descritas não são limitativas, e os entendidos na - 12- matéria serão capazes de escolher este aço quando acharem que isso é útil.

Lisboa, 5 de Abril de 2000

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Aço inoxidável austenítico de elevada resistência mecânica e elevada resistência à corrosão, caracterizado por conter em peso: 23% < Cr < 28% 25% < Ni < 28% 4,5% < Mo < 7% 0,35% < N < 0,8% 0,5% < Mn < 5,4% C < 0,06% S< 0,010% Si < 1% 0,5% < Cu < 3%, e pelo menos um dos elementos B, Nb, V, AI nos seguintes teores: B 0,0001 a 0,003%; Nb 0,001 a 0,3%; V 0,001 a 0,3%; e AI 0,001 a 0,1%, sendo o resto, à excepção do ferro, constituído por impurezas resultantes da elaboração.
2. 2. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por C < 0,04%.
3. 3. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por conter entre 1 e 2% de cobre.
4. 4. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por conter de preferência: 25% < Cr < 26% 25% < Ni < 26% 6% < Mo < 7% -2-

   0,4% < N < 0,5% 2,5% < Mn < 3,5% C < 0,03% S < 0,3% Si < 1% e além disso 1% < Cu < 2%, sendo o resto, à excepção do ferro, constituído por impurezas resultantes da elaboração.
5. 5. Aço inoxidável austenítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a composição química satisfazer as seguintes relações: 95 < kP = % Cr + 0,3 % Ni + 9 % Si + 27 % Mo + 130 % P - 8 % N < 232 e de preferência: 95 < kP < 210 319 < kC = 3,3% Cr + 10 % Ni + % Mo + 1,5 % Cu < 432 e de preferência: 355 < kC < 432.
6. 6. Utilização de um aço inoxidável austenítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para o fabrico de equipamentos de despoluição dos fumos de centrais térmicas e de instalações de incineração de lixos domésticos, designadamente das torres de lavagem de gases ou de fumos, das condutas de gases ou de fumos e das chaminés.
7. 7. Utilização de um aço inoxidável austenítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para o fabrico de equipamentos de deslenhi ficação, designadamente pelo processo com bissulfíto, de filtração e de branqueamento da pasta de papel. -3-
8. 8. Utilização de um aço inoxidável austenítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para o fabrico de equipamentos para a indústria química em meio cloretado ou ácido e designadamente para o fabrico de cubas, reservatórios, reactores, tubos, corpos de bombas e veios de bombas.
9. 9. Utilização de um aço inoxidável austenítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, para o fabrico de equipamentos de plataformas "off-shore" submetidas à corrosão marítima e designadamente de suportes de queimadores, de permutadores de calor, de separadores, de placas tubulares, de tubagens de transporte de água do mar, de tubagens utilizadas para o processo de tratamento do petróleo ou do gás, de elementos de protecção das zonas idos pilares situadas na vizinhança da superfície livre do mar, de maças-haste, de veios de bombas, de flanges de união, de bocas de poços, de colectores (manifolds) e de colunas montantes (risers).
10. 10. Utilização de um aço inoxidável austenítico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para o fabrico de cisternas de transporte rodoviário ou ferroviário de produtos cloretados ou ácidos muito corrosivos. Lisboa, 5 de Abril de 2000

    Agente Oficial da Propriedade Industrie RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBQA