Quais fases prejudiciais são facilmente precipitadas no aço duplex dentro de certas faixas de temperatura

Aço inoxidável duplex (DSS) é amplamente utilizado nos setores de petróleo e gás, químico e de engenharia offshore por sua alta resistência e excelente resistência à corrosão. No entanto, o alto desempenho do DSS depende de sua microestrutura precisamente balanceada de austenita (γ) e ferrita (δ). Quando o DSS é exposto ou operado por longos períodos dentro de certas faixas de temperatura, a fase ferrita se decompõe, precipitando várias “fases prejudiciais”. Esses precipitados prejudicam gravemente a tenacidade mecânica e a resistência à corrosão do material, representando uma ameaça significativa à confiabilidade das aplicações de engenharia.

1. Assassino da Fragilidade: Precipitação das Fases σ e χ

De todas as fases deletérias, a fase σ é sem dúvida a mais conhecida e destrutiva.

Faixa de temperatura de precipitação: A fase σ precipita principalmente entre 600°C e 950°C, com sua cinética de precipitação atingindo um pico em torno de 800°C a 880°C.

Composição Química: A fase σ é um composto intermetálico rico em cromo (Cr) e molibdênio (Mo). Ele se forma através da decomposição da ferrita δ ou da reação de decomposição eutetóide na interface entre a ferrita δ e a austenita γ.

Impacto no desempenho: A precipitação da fase σ tem um impacto duplo nas propriedades de engenharia do DSS. Primeiro, a própria fase σ é uma fase dura e quebradiça. Sua presença reduz drasticamente a resistência ao impacto do material, tornando-o suscetível à fratura frágil em baixas temperaturas ou sob condições de concentração de tensões. Em segundo lugar, durante a precipitação, a fase σ consome quantidades significativas de Cr e Mo da matriz de ferrita δ circundante, resultando em regiões esgotadas de Cr e Mo ao redor da fase σ. Estas regiões esgotadas reduzem significativamente a resistência à corrosão, tornando-se vulneráveis ​​à corrosão por pite e intergranular.

A fase Chi também é um composto intermetálico rico em Cr e Mo que normalmente se forma dentro de uma faixa de temperatura semelhante à da fase σ (700°C a 900°C). No entanto, a fase χ normalmente precipita preferencialmente como uma fase metaestável no início do envelhecimento, só mais tarde se transformando na fase σ mais estável. Seu impacto negativo nas propriedades é semelhante ao da fase σ, levando à fragilização e diminuição da resistência à corrosão.

2. Fragilização a 475°C: uma ameaça oculta em baixas temperaturas

Além da fase σ em regiões de alta temperatura, o aço inoxidável duplex também experimenta uma zona de perigo em temperaturas mais baixas, conhecida como fragilização de 475°C.

Faixa de temperatura de precipitação: Este fenômeno ocorre entre 350°C e 550°C, com pico de severidade em torno de 475°C.

Micromecanismo: Dentro desta faixa de temperatura, a fase de ferrita delta sofre decomposição espinodal, dividindo-se em duas estruturas de ferrita em nanoescala: uma fase α′ rica em cromo (α′ rica em Cr) e uma fase α pobre em cromo (α pobre em Cr).

Impacto no desempenho: Essa separação de fases em nanoescala aumenta significativamente a dureza e a resistência do material, mas diminui drasticamente sua resistência ao impacto. Embora esta fragilização a baixa temperatura seja menos severa e generalizada do que a precipitação da fase σ na resistência à corrosão, a fase α ′ rica em cromo também pode levar ao aumento da suscetibilidade à corrosão em certos meios. Vale a pena notar que a decomposição espinodal normalmente requer um longo período de envelhecimento, mas a cinética de precipitação pode ser acelerada em materiais trabalhados a frio.

3. Carbonitretos e Austenita Secundária

Além dos precipitados primários mencionados acima, outras fases deletérias podem se formar sob certas condições:

Carbonetos e nitretos: Entre 550°C e 750°C, carbonetos de cromo (Cr23​C6​) ou nitretos podem precipitar. Embora o teor de carbono (C) do DSS moderno seja normalmente mantido em níveis extremamente baixos (≤0,03%), esses precipitados ainda podem se formar nos limites dos grãos, consumindo Cr e representando um risco de corrosão intergranular.

Austenita secundária (γ2​): Durante a precipitação da fase σ, a decomposição da ferrita δ forma simultaneamente austenita secundária rica em níquel (γ2​). Embora γ2 em si não seja uma fase diretamente deletéria, seu mecanismo de formação está intimamente ligado à precipitação da fase σ. Sua presença sinaliza a decomposição da ferrita δ, sinalizando indiretamente a deterioração das propriedades do material.