Dentre as diversas famílias de aços inoxidáveis, uma delas vem se destacando por ser altamente resistente à corrosão e possuir resistências mecânicas muito superiores às demais. Este material é conhecido por aços inoxidáveis duplex.
Os aços inoxidáveis duplex têm substituído com grande sucesso os materiais austeníticos como 304/304L, 316/316L e superausteníticos 904L e 254SMO, oferecendo melhores propriedades corrosivas e mecânicas associadas a menores custos dada às suas menores concentrações de níquel e molibdênio. Aplicações diversas, nos mais diferentes países, comprovam tais vantagens, as quais discorremos neste breve relato.

Principais características dos aços inoxidáveis duplex

Os aços inoxidáveis duplex foram desenvolvidos na década de 1950 na fundição de corpo de bombas centrífugas. Somente após a solução de alguns problemas na Aciaria, na década de 1970, algumas siderúrgicas suecas iniciaram a produção de bobinas e chapas em escala industrial. Nos últimos 15 anos, a produção se consolidou dado os entendimentos dos usuários em relação a sua aplicação e suas características particulares em relação aos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Em termos gerais, os aços inoxidáveis duplex têm as seguintes características:

1. ótima resistência à corrosão geral;
2. ótima resistência à corrosão ao pites e por frestas;
3. alta resistência à corrosão sob tensão e corrosão sob fadiga;
4. alta resistência mecânica (maiores limites de escoamento e
de ruptura);
5. boa resistência à abrasão e à erosão devido a sua maior dureza;
6. boa resistência à fadiga;
7. alta absorção de energia;
8. baixa expansão térmica;
9. boa soldabilidade;
10.boa usinabilidade;
11.menores concentrações de níquel e molibdênio, compensadas com aumento do teor de cromo e adição de nitrogênio.

Família duplex – Composições químicas

Em termos de composição química há quatro ligas diferentes conforme a normativa ASTM A-240 e apresentadas no Quadro 1, comparando a composição química deles com as presentes nas ligas austeníticas.

1)Teores máximo do elemento químico

2)Marca Outokumpu Stainless

3)Marca Sandvik

4)Também denominado por S31803

A composição química das ligas duplex geram um material com a presença homogênea de duas fases metalúrgicas (austenita
e ferrita) e que dão origem ao seu nome.

A Figura 1 ilustra a microestrutura da liga UNS S32101 após processo de soldadura.
Esta combinação de fases (alfa e gama) é que possibilita a uma combinação particular de propriedades mecânicas e de corrosão única dos aços inoxidáveis duplex.

Figura 1 – Microestrutura da liga UNS S32101
após processo de soldadura.

Duplex – Propriedades de resistência à corrosão Os aços inoxidáveis duplex são reconhecidos por sua alta resistência à corrosão.

A Figura 2 ilustra um gráfico comparativo da resistência à corrosão em comparação com o limite de escoamento das ligas duplex e austeníticas. É perceptível o aumento do limite de escoamento proporcionado pelas ligas duplex em relação aos austeníticos, independentemente da forma do material (bobina ou chapa). Os duplex têm mais do dobro do limite de
escoamento dos austeníticos, sendo a liga UNS S32101 com propriedades corrosivas superiores ao 304 e 304L e, em alguns
casos, melhores do que o 316 e 316L.

Figura 2 – Gráfico comparativo de limite de escoamento
e resistência à corrosão em aços inoxidáveis.

Duplex – Propriedades de resistência mecânica:

Duplex – Propriedades de resistência mecânica:

Em função de seus maiores limites de escoamento (no mínimo o dobro dos austeníticos) e do limite de ruptura (50% maior
do que em austeníticos), a sua aplicação permite redução de espessura em projetos de vasos de pressão e tanques, conforme
os mais variados desenhos de código como ASME VIII e API- 650, com reduções potenciais de até 30% de volume, suportando o atrativo custo-benefício das ligas duplex, detalhado a seguir.

Família duplex – Custo-benefício As ligas duplex, devido ao seu menor conteúdo de níquel e molibdênio, têm custos mais atrativos do que as ligas austeníticas como mostrado na Figura 3 que compara o adicional de ligas, comuns nas ligas UNS S32101 e 304L em função da variação do preço do níquel no mercado.

Por exemplo, na condição do níquel a USD 8000/t o preço do adicional de liga do 304L é 6 vezes maior do que o do duplex UNS S32101. Pelo fato das ligas duplex sofrerem menos com impacto do preço do níquel, os seus preços semantêm mais estáveis do que os austeníticos, o que pode ser verificado pela variação do adicional de liga na Figura 3.

Figura 3 – Gráfico comparativo de índice de preços
para adicional de liga nos aços inoxidáveis .

Em situações onde o níquel aumenta abruptamente, por exemplo, de USD 8000/t para USD 15000/t, o UNS S32101 tem seu adicional de liga aumentado 3 vezes enquanto o 304L tem aumentado em 18 vezes em relação ao valor do adicional de liga do UNS S32101 com níquel a USD 8000/t. Desta forma, o UNS S32101 torna-se uma solução econômica viável devido a sua maior estabilidade nos preços, minimizando assim as variações orçamentárias em projetos desde a tomada de preço à execução.

A questão do preço, associado às suas propriedades mecânicas e corrosivas, o tornam uma ótima alternativa de custo-benefício para a cadeia, sendo substituto natural dos aços mais comumente utilizados no mercado brasileiro.

Duplex – Soldabilidade

Os duplex são materiais de moderada soldabilidade, permitindo a utilização da maioria dos processos de soldagem. São materiais que seguem o P# P10H na norma ASME-IX e têm consumíveis ofertados pelas principais empresas no mercado nacional. Para o aço inoxidável duplex UNS S32101 o seu respectivo metal de adição é o LDX 2101 ou, ainda, o E2209-15 conforme AWS A5.4-06.

São materiais que não carecem de tratamento térmico pós-soldagem com aporte térmicos mais baixos do que os utilizados
em ligas austeníticas. No caso do UNS S32101, o aporte térmico sugerido é de 0,5 a 2,0 kJ/mm não devendo ultrapassar
o valor de 1,0 kJ/mm em chapas menos espessas do que 5 mm. Estes valores de aporte térmico são importantes assim como as temperaturas entre passes com efeito decisivo na obtenção de uma zona afetada pelo calor (ZAC) íntegra, gerando balanços de ferrita e austenita adequados.

Duplex – Exemplo de aplicações

Dentre as várias aplicações dos aços duplex podem ser citadas: Equipamentos para indústria de papel e celulose como digestores e vasos de pressão, tanques de licor, trocadores de calor, tanques pulmões, reatores de peróxido, máquinas de papel (estrutura e rolos de sucção) ; Equipamentos para indústria Alimentícia como tanques estacionários para os mais variados produtos, equipamentos de processo, esteiras; Indústria de transporte como tanques rodoviários; vagões de trens; tanques de navios cargueiros; Indústria petroquímica como umbilicais, tubos flexíveis, trocadores de calor, estações de desalinização e equipamentos offshore; Construção civil e arquitetura como em pontes, aquecedores domésticos e fins estruturais   (agosto 2009).

Fonte: Revista Núcleo Inox *Artigo fornecido pela Outokumpu Brasil Aços Inoxidáveis