Degradação térmica refere-se ao fenômeno pelo qual o aço inoxidável perde suas propriedades benéficas devido à exposição prolongada a altas temperaturas. tubos de aço inoxidável e acessórios. A exposição prolongada a altas temperaturas altera fundamentalmente a estrutura interna do metal, uma mudança que diminui a resistência mecânica e reduz a resistência à corrosão.
O que é degradação térmica?
A degradação térmica NÃO é o mesmo que fusão. Em vez disso, envolve mudanças metalúrgicas lentas dentro do metal sólido. Essas mudanças ocorrem principalmente entre 400 ℃ e 900 ℃ (750 ℉ e 1650 ℉). A alta temperatura faz com que certos elementos se movam e precipitem. Esse movimento forma novas fases frágeis. Consequentemente, o metal perde sua resistência e ductilidade originais.
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Principais mecanismos de degradação térmica
Vários mecanismos distintos levam à perda da integridade do material. Em condições operacionais de alta temperatura, esses processos ocorrem frequentemente de forma simultânea.
Formação da Fase Sigma
A fase sigma (σ) é um composto intermetálico frágil, rico em cromo e molibdênio, que se forma lentamente nos aços inoxidáveis austeníticos e duplex. A fase σ normalmente se forma em uma faixa de temperatura de 600°C a 900°C (1112°F a 1650°F). Sua formação reduz significativamente a resistência do material e aumenta o risco de fratura frágil por impacto.
Fragilização a 475 °C
Este fenômeno afeta principalmente os aços inoxidáveis ferríticos e duplex. Quando os materiais são expostos por longos períodos a temperaturas próximas a 475 °C (885 °F), os átomos de cromo se acumulam na matriz metálica. Esse acúmulo aumenta significativamente a dureza do material, mas, ao mesmo tempo, torna o aço extremamente frágil à temperatura ambiente. Essa fragilidade representa riscos durante as operações de manutenção e inspeção.
Precipitação de carboneto
A precipitação de carbonetos é comumente chamada de sensibilização e afeta principalmente os aços inoxidáveis austeníticos, como o 304. Dentro da faixa de temperatura de 450°C a 850°C, os carbonetos de cromo se formam ao longo dos limites dos grãos. Esse processo esgota o cromo do metal circundante, fazendo com que as regiões empobrecidas de cromo percam sua camada de passivação.
| Mecanismo | Séries afetadas | Faixa de temperatura | Efeito primário |
|---|---|---|---|
| fase σ | Austenítico, Duplex | 600 °C a 900 °C (1112 °F a 1650 °F) | Fragilidade grave |
| Fragilização a 475 °C | Ferrítico, Duplex | ≤ 475 °C (885 °F) | Aumento da dureza, perda de ductilidade |
| Precipitação de carboneto | Austenítico (304, 316) | 450 °C a 850 °C (840 °F a 1560 °F) | Suscetibilidade à corrosão intergranular |
Efeitos da degradação térmica em sistemas de tubulação
A fragilização induzida pela fase σ limita a capacidade de flexão do material, tornando o aço inoxidável propenso a rachaduras. Qualquer impacto mecânico inesperado pode causar falha imediata.
A sensibilização induzida pela precipitação de carboneto reduz significativamente a resistência à corrosão. As áreas afetadas tornam-se suscetíveis à erosão química, levando à corrosão prematura por pite e à falha em tubulações de processo.
A degradação térmica reduz a vida útil esperada do equipamento, exigindo a substituição prematura de componentes e aumentando significativamente os custos de manutenção a longo prazo.
Falhas em linhas de alta pressão ou alta temperatura representam riscos à segurança. Manter a integridade estrutural é essencial para uma operação segura.
Seleção de materiais e mitigação
- Graus de baixo carbono:
As classes 304L e 316L são recomendadas. A letra “L” após a classe indica o baixo teor de carbono, o que minimiza a precipitação de carboneto, reduzindo, assim, o risco de sensibilização durante a soldagem ou serviço em alta temperatura. - Grades estabilizadas:
Classes como 321 e 347 contêm elementos estabilizadores (titânio ou nióbio), que formam preferencialmente carbetos, evitando a formação de carbetos de cromo prejudiciais. - Controle de aço duplex:
Os aços duplex exigem um controle rigoroso da fabricação para limitar o teor de ferrita, minimizando o risco de formação da fase σ.
Estratégias de prevenção em tubulações de alta temperatura
| Estratégia | Tipo de componente | Ação de mitigação |
|---|---|---|
| Escolha do material | Tubos, conexões, flanges | Use graus de baixo carbono (“L”) ou estabilizados |
| Soldagem | Juntas soldadas | Utilizar métodos especializados de soldagem com baixa entrada de calor |
| Tratamento térmico | Componentes fabricados | Recozimento de solução pós-soldagem para redissolver carbonetos |
| Design | Estrutura do sistema | Evite longos tempos de espera em faixas de temperatura críticas |
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