Sandvik 3RE60: Aço Inoxidável Duplex de Alto Desempenho para Resistência à Corrosão

Visão Geral

O Sandvik 3RE60 é um aço inoxidável duplex (austeno-ferrítico) que combina excelente resistência à corrosão com alta resistência mecânica. É amplamente utilizado em ambientes agressivos contendo cloretos, onde aços austeníticos padrão falham.

Principais Propriedades

• Alta resistência à trinca por corrosão sob tensão (SCC) em ambientes com cloretos
• Boa resistência à corrosão geral e à pitting
• Alta resistência mecânica – aproximadamente o dobro da resistência de escoamento de graus austeníticos
• Boa resistência à corrosão por erosão e fadiga por corrosão
• Propriedades físicas que oferecem vantagens de projeto
• Boa soldabilidade

Propriedades Gerais

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Densidade	23,0 °C	7,8 g/cm³
Conteúdo Reciclado		82,1 %	Conteúdo reciclado médio

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Módulo de Elasticidade	20,0 °C	200 GPa
	100,0 °C	194 GPa
	200,0 °C	186 GPa
	300,0 °C	180 GPa
Alongamento	23,0 °C	30 %	mín.
Alongamento A2	23,0 °C	30 %	mín.
Dureza Rockwell C	23,0 °C	28	máx.
Resistência à Tração	23,0 °C	700 – 880 MPa	mín.
Limite de Escoamento Rp0.1	23,0 °C	500 MPa	mín.
Limite de Escoamento Rp0.2	20,0 °C	480 MPa	mín.
	50,0 °C	430 MPa	mín.
	100,0 °C	370 MPa	mín.
	150,0 °C	350 MPa	mín.
	200,0 °C	330 MPa	mín.
	250,0 °C	325 MPa	mín.
	300,0 °C	320 MPa	mín.

Propriedades Térmicas

Propriedade	Temperatura	Valor	Comentário
Coeficiente de Expansão Térmica	100,0 °C	1,0E-5 1/K	para 30°C até a temperatura indicada
	200,0 °C	1,0E-5 1/K	para 30°C até a temperatura indicada
	300,0 °C	1,05E-5 1/K	para 30°C até a temperatura indicada
	400,0 °C	1,1E-5 1/K	para 30°C até a temperatura indicada
Calor Específico	20,0 °C	475 J/(kg·K)
	100,0 °C	505 J/(kg·K)
	200,0 °C	530 J/(kg·K)
	300,0 °C	555 J/(kg·K)
	400,0 °C	580 J/(kg·K)
Condutividade Térmica	20,0 °C	13 W/(m·K)
	100,0 °C	15 W/(m·K)
	200,0 °C	16 W/(m·K)
	300,0 °C	17 W/(m·K)
	400,0 °C	19 W/(m·K)

Composição Química

Elemento	Valor	Comentário
Carbono	0,03 %	máx.
Cromo	18,5 %
Ferro	Balanço
Manganês	1,5 %
Molibdênio	2,6 %
Níquel	4,5 %
Nitrogênio	0,07 %
Fósforo	0,03 %	máx.
Silício	1,6 %
Enxofre	0,015 %	máx.

Propriedades Tecnológicas e Aplicações

Áreas de Aplicação

O 3RE60 é um material excelente para uso em ambientes com cloretos onde pitting e trinca por corrosão sob tensão são problemas potenciais. Nesses ambientes, o 3RE60 é muito superior aos aços austeníticos padrão. O material é particularmente adequado para trocadores de calor que operam com água de resfriamento com teores moderados de cloreto.

Exemplos típicos de aplicação encontram-se em refinarias de petróleo, indústrias químicas e petroquímicas e na indústria de celulose.

A alta resistência e dureza do 3RE60 tornam o material uma alternativa atraente aos aços austeníticos em estruturas sujeitas a cargas pesadas ou desgaste.

Certificações

Aprovações:

• Aprovado para uso no Código ASME de Caldeiras e Vasos de Pressão, Seção VIII Div. 1 e 2, NGS 1604 (regras nórdicas para aplicação da SS 2376)
• VdTÜV-Werkstoffblatt 385 (Aço inoxidável ferrítico-austenítico)

Se o 3RE60 for exposto por períodos prolongados a temperaturas superiores a 300 °C (570 °F), a microestrutura muda, resultando em redução da tenacidade ao impacto. Esse efeito não afeta necessariamente o comportamento do material na temperatura de operação. Por exemplo, tubos de trocadores de calor podem ser usados em temperaturas mais altas sem problemas. Consulte a Sandvik para orientação.

Para aplicações em vasos de pressão, 300 °C (570 °F) é o máximo exigido segundo VdTÜV-Wb 385 e NGS 1604.

Conformação a Frio

Dobramento

A força necessária para dobrar é cerca de duas vezes maior para o 3RE60 do que para AISI 304L/316L, mas quando o limite de escoamento é excedido, a deformação plástica ocorre com a mesma facilidade que nos aços inoxidáveis austeníticos. O 3RE60 pode ser dobrado a frio até 25% de deformação sem exigir tratamento térmico subsequente. No entanto, sob condições de serviço onde o risco de trinca por corrosão sob tensão começa a aumentar (por exemplo, temperatura do material próxima a 150°C em ambiente com oxigênio e cerca de 100 ppm de Cl⁻), o tratamento térmico é recomendado mesmo após dobramento moderado a frio.

Propriedades de Corrosão

Corrosão Geral

Em termos de resistência à corrosão geral, o 3RE60 é comparável ou superior ao AISI 316L na maioria dos meios. A tabela abaixo contém exemplos de dados de corrosão obtidos em testes laboratoriais em ácido fórmico e clorídrico.

A resistência ao ácido sulfúrico é mostrada pelo diagrama isocorrosão (Figura 3). O diagrama mostra que o 3RE60 se compara bem ao AISI 316L a esse respeito.

Nota: A tabela de dados de corrosão detalhada (ácido fórmico e clorídrico) está disponível na ficha técnica original.

Para uso em condições fortemente oxidantes, por exemplo, em ácido nítrico, o 3RE60 não é recomendado. Nesses ambientes, deve-se escolher um aço austenítico, como Sandvik 3R12 (AISI 304L) ou o aço especial Sandvik 2RE10 (AISI 310L).

Pitting

A resistência ao pitting de um aço é melhorada pelo aumento do teor de cromo e molibdênio. Comparado ao aço do tipo AISI 316, o 3RE60 tem maior teor de cromo e, portanto, melhor resistência ao pitting. Comparado ao aço do tipo AISI 304, que não contém molibdênio, o 3RE60 é claramente superior. Isso é confirmado por medições potenciostáticas da temperatura crítica para iniciação de pitting (CPT) em soluções aquosas contendo cloretos (Figura 4).

Trinca por Corrosão sob Tensão (SCC)

Os aços austeníticos padrão AISI 304L e AISI 316L são propensos a SCC em soluções com cloretos a temperaturas acima de cerca de 60°C (140°F). Os aços inoxidáveis duplex são muito menos sensíveis a esse tipo de corrosão. A boa resistência do 3RE60 a SCC foi comprovada por testes laboratoriais, mas mais significativamente por extensa experiência operacional nos últimos 20 anos. A experiência operacional e resultados de laboratório foram compilados na Figura 5.

O diagrama indica a faixa de temperatura-cloreto dentro da qual o 3RE60 e os aços padrão AISI 304L e AISI 316L podem ser usados sem risco de SCC. Em teores altos de cloreto, a resistência ao pitting é frequentemente um fator limitante. Nesses casos, recomenda-se o uso do aço inoxidável duplex Sandvik SAF 2205 (22% Cr, 5,5% Ni, 3% Mo).

Resultados de testes laboratoriais em cloreto de cálcio são mostrados na Figura 6. Os testes foram continuados até a falha ou no máximo 500 h. O diagrama mostra a muito maior resistência a SCC do 3RE60 comparado aos aços austeníticos padrão.

Corrosão Intergranular

O 3RE60 pertence à família de aços inoxidáveis duplex modernos cuja composição foi balanceada de forma que, quando soldado, a re-formação de austenita na zona afetada pelo calor adjacente à solda ocorre rapidamente. Isso resulta em uma microestrutura que proporciona propriedades de corrosão e tenacidade aproximadamente iguais às do metal de base. A longa experiência com 3RE60 em estruturas soldadas confirmou a alta resistência do aço à corrosão intergranular.

Corrosão em Fendas

Da mesma forma que a resistência ao pitting pode ser relacionada ao teor de cromo e molibdênio do aço, também pode a resistência à corrosão em fendas. O 3RE60, portanto, possui melhor resistência à corrosão em fendas do que aços do tipo AISI 316L.

Corrosão por Erosão

Aços do tipo AISI 316L são atacados por corrosão por erosão se expostos a meios fluidos contendo partículas sólidas altamente abrasivas. Devido à sua alta dureza, o 3RE60 exibe muito boa resistência sob tais condições.

Fadiga por Corrosão

Em certas aplicações, por exemplo, rolos de sucção em fábricas de papel, a resistência do material à fadiga por corrosão tem influência crucial em sua vida útil. Testes laboratoriais mostraram que o 3RE60 tem resistência à fadiga sob condições corrosivas muito superior à dos aços do tipo AISI 316L. Isso se aplica tanto ao material têmpera-revenido quanto ao soldado. A diferença entre os dois graus de aço é explicada pela superior resistência mecânica do 3RE60.

Testes de fadiga por flexão rotativa foram realizados no 3RE60 e AISI 316L à temperatura ambiente em solução contendo 400 ppm Cl⁻ e 250 ppm SO₄²⁻, pH = 3,5. Os resultados são mostrados na Figura 7.

Expansão

Em comparação com aços inoxidáveis austeníticos, o 3RE60 tem um limite de escoamento de 0,2% e uma resistência à tração mais altos. Isso deve ser levado em conta ao expandir tubos em tubulões. Métodos normais de expansão podem ser usados, mas a expansão requer força inicial maior e deve ser realizada em uma única operação.

Tratamento Térmico

Os tubos são normalmente fornecidos em condição de tratamento térmico. Se tratamento térmico adicional for necessário após processamento adicional, o seguinte é recomendado:

Recozimento de solução: 990–1130°C (1815–2065°F), resfriamento rápido em ar ou água.

O tratamento térmico é realizado na forma de recozimento de solução (ver acima) ou recozimento por resistência.

Conformação a Quente

Dobramento a quente é realizado a 1100–950°C (2010–1740°F) e deve ser seguido por recozimento de solução.

Usinagem

A usinagem mecânica de aços inoxidáveis sempre requer ajuste de dados de corte e método de usinagem para obter resultados satisfatórios. Ao tornear com ferramentas de metal duro, a velocidade de corte deve ser reduzida em 20% para acabamento e 60% para desbaste comparado às velocidades aplicadas para AISI 316. O mesmo se aplica a outras operações. Se ferramentas de aço rápido forem usadas, aproximadamente a mesma velocidade de corte pode ser usada que para AISI 316.

Recomendações detalhadas para escolha de ferramentas e dados de corte são fornecidas no folheto S-1,462-ENG. Selecione dados para o grau 5R60 (AISI 316), levando em conta os comentários acima.

Formas de Fornecimento

Tubo sem costura e tubo em Sandvik 4C54 são fornecidos em dimensões até 125 mm de diâmetro externo na condição de recozimento de solução e decapagem branca ou na condição de recozimento brilhante.

Outras formas de fornecimento

O Sandvik 3RE60 também pode ser fornecido nas formas de:

• Tubo soldado e tubo
• Conexões
• Tira, recozida ou laminada a frio em diferentes graus de dureza
• Barra de aço
• Chapa, folha e tira larga
• Tubulões forjados

Tubo sem costura para trocadores de calor segundo ASTM A789 é estocado na condição de recozimento de solução e decapagem branca no tamanho (parede média): 32 x 1,5 mm.

Metal de adição para soldagem é estocado nos seguintes diâmetros:

• Arame de solda Sandvik 22.8.3.L
• 0,80, 1,60, 2,0 e 2,4 mm (2/64, 1/16, 5/64 e 3/32 pol.)
• Eletrodos revestidos Sandvik 22.9.3.LR
• 2,5, 3,25 e 4,0 mm (3/32, 1/8 e 5/32 pol.)

Soldagem

A soldabilidade do Sandvik 3RE60 é boa. A soldagem deve ser realizada sem pré-aquecimento e tratamento térmico subsequente normalmente não é necessário. Métodos adequados de soldagem por fusão são soldagem a arco com eletrodo revestido (MMA/SMAW) e soldagem a arco protegido por gás, com o método TIG/GTAW como primeira escolha.

Para Sandvik 3RE60, recomenda-se aporte de calor de 0,5–2,5 kJ/mm e temperatura interpasses <150°C (300°F).

Metais de adição recomendados:

• Soldagem TIG/GTAW ou MIG/GMAW
  • ISO 14343 S 22 9 3 N L / AWS A5.9 ER2209 (ex.: Exaton 22.8.3.L)
• Soldagem MMA/SMAW
  • ISO 3581 E 22 9 3 N L R / AWS A5.4 E2209-17 (ex.: Exaton 22.9.3.LR)

Ficha técnica atualizada em 2019-08-26 (substitui todas as edições anteriores).