O Papel do Tratamento Térmico no Aumento das Propriedades Mecânicas do Tubo Duplex 2205

O Papel do Tratamento Térmico no Aumento das Propriedades Mecânicas do Tubo Duplex 2205

O Duplex 2205 (UNS S32205/S31803) é conhecido por sua excelente combinação de resistência e resistência à corrosão, uma característica decorrente de sua mistura quase igual de fases austenítica e ferrítica. No entanto, essas propriedades superiores são inerentes ao estado fundido ou trabalhado ; elas são intencionalmente conferidas por meio de uma etapa crítica e rigorosamente controlada no processo de fabricação: a têmpera por solubilização e resfriamento rápido.

Esse processo não é meramente uma recomendação; é um requisito fundamental para alcançar as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão especificadas em normas como ASTM A790 e ASME SA790.

1. O Problema "As-Worked": Por Que o Tratamento Térmico é Necessário

O tubo Duplex 2205 é normalmente fabricado por meio de um processo de extrusão a quente ou pilgerização. Essas operações envolvem deformações significativas em altas temperaturas, o que leva a diversos problemas:

• Precipitação de Fases Intermetálicas: Na faixa de temperatura de aproximadamente 600°C a 1000°C (1112°F a 1832°F) , fases secundárias prejudiciais podem precipitar nos contornos de grão da ferrita. As mais comuns e danosas são:

  • Fase sigma (σ): Uma fase frágil, rica em cromo, que elimina a tenacidade e reduz drasticamente a resistência à corrosão.

  • Fase chi (χ): Outra fase intermetálica frágil com efeitos negativos semelhantes.

  • Nitretos e Carbonetos: Podem formar-se precipitados de nitretos de cromo (Cr₂N) ou carbonetos (M₂₃C₆), esgotando a matriz circundante de cromo e criando locais para corrosão por pites.

• Altas Tensões Residuais: Os processos de trabalho mecânico deixam tensões internas (residuais) significativas no material.

• Razão de Fases Desbalanceada: A deformação pode perturbar o equilíbrio ideal austenita-ferrita de 50/50, levando potencialmente a um excesso de uma das fases, o que compromete as propriedades ótimas.

Neste estado, o tubo teria baixa resistência à corrosão, baixa tenacidade ao impacto e propriedades mecânicas inconsistentes.

2. A Solução: Tratamento Térmico de Solubilização e Têmpera

O processo de tratamento térmico para os aços inoxidáveis duplex é uma operação em duas etapas projetada para resolver todos os problemas acima.

Etapa 1: Solubilização (Ensaio)

O tubo é aquecido a uma temperatura suficientemente alta para colocar todos os elementos de liga em solução sólida e dissolver quaisquer precipitados prejudiciais. Para o Duplex 2205, essa faixa é tipicamente 1020°C a 1100°C (1868°F a 2012°F) .

• Nesta temperatura:

  • As fases sigma, chi e outras se dissolvem de volta à microestrutura.

  • Os elementos de liga (Cr, Mo, N, Ni) tornam-se homogeneamente distribuídos.

  • A fase ferrítica é altamente dominante nessas temperaturas.

Etapa 2: Resfriamento Rápido

Esta é a parte mais crítica do processo. O tubo é resfriado rapidamente, geralmente por meio de têmpera com água ("pulverização com água" ou tanque de têmpera), para atravessar rapidamente a faixa de temperatura crítica (600-1000°C), na qual ocorre a precipitação de fases prejudiciais.

• O resfriamento rápido:

  • "Trava" a estrutura homogênea, livre de precipitados.

  • Permite que a quantidade correta de austenita se reforme a partir da ferrita durante o resfriamento, resultando no equilíbrio desejado ~50% austenita / ~50% equilíbrio de fases ferríticas .

  • Evita a reprecipitação da fase sigma e dos nitretos de cromo.

3. Como Isso Melhora as Propriedades Mecânicas

O tratamento térmico de solução cria diretamente as propriedades mecânicas que tornam o tubo Duplex 2205 tão valioso.

4. A Ligação com a Resistência à Corrosão

Embora o foco esteja nas propriedades mecânicas, é impossível separá-las do desempenho frente à corrosão. Os mesmos precipitados que destroem a tenacidade também destroem a resistência à corrosão:

• Fase Sigma: Rica em cromo e molibdênio. Sua formação esgota a matriz circundante desses elementos essenciais para a resistência à corrosão, criando sítios anódicos altamente suscetíveis à corrosão por pite e por fresta.

• Nitreto de Cromo (Cr₂N): De forma semelhante, esgotam a região ao seu redor em cromo, tornando essas zonas vulneráveis ao ataque.

Um tubo adequadamente tratado termicamente não é apenas mais resistente e tenaz; também é extremamente resistente à corrosão. Um tubo mal tratado falhará prematuramente nos ambientes exatos para os quais foi projetado.

5. O Papel do Inspetor: Verificar o Tratamento Térmico Adequado

Você não pode confirmar visualmente o tratamento térmico adequado. A verificação é feita por meio de:

1. Certificado de Teste de Laminação (MTC): O certificado (de preferência EN 10204 3.1) deve confirmar que o ciclo de tratamento térmico foi realizado. Esta é a primeira linha de defesa.

2. Análise Micrográfica: O teste definitivo. Uma amostra atacada é examinada ao microscópio para verificar:

   • Equilíbrio de Fases: Uma proporção aproximadamente 50/50 de austenita e ferrita.

   • Ausência de Precipitados: Nenhuma fase sigma ou nitretos de cromo nos contornos de grão.

3. Teste de dureza: Um teste rápido em campo. Valores fora do intervalo especificado (normalmente HRC 30-32 no máximo) podem indicar tratamento térmico inadequado ou contaminação.

4. Ensaio de Impacto: Testes Charpy V-Notch são frequentemente especificados para aplicações críticas, a fim de medir diretamente a tenacidade.

Conclusão: O Passo Não Negociável

O tratamento térmico não é um "extra" opcional para tubos Duplex 2205; é o passo essencial de fabricação que transforma uma peça metálica trabalhada em um material de engenharia de alto desempenho.

• Para Fabricantes: Requer controle preciso de tempo, temperatura e taxa de têmpera. Desvios podem descartar toda uma batelada de tubos.

• Para Compradores e Engenheiros: Especificar e verificar o tratamento térmico adequado por meio de MTRs certificados e, quando necessário, inspeção por terceiros, é fundamental para garantir que o sistema de tubulação instalado ofereça o desempenho mecânico e a durabilidade prometidos.

Investir em tubos provenientes de um produtor confiável que controle rigorosamente esse processo é a única maneira de garantir que você esteja obtendo o valor real do Duplex 2205.