Conhecimentos gerais sobre tubos de aço-liga

Conhecimentos gerais sobre tubos de aço-liga: breve introdução, composição química, desempenho do tratamento térmico e equipamentos de fundição.

1. Breve introdução aos tubos de aço-liga
Os tubos de aço-liga possuem seções ocas. Um grande número de tubos de aço-liga é utilizado em dutos para o transporte de fluidos, como petróleo, gás natural, gás natural, água e alguns materiais sólidos. Comparado ao aço maciço, como barras redondas, o tubo de aço-liga apresenta a mesma resistência à flexão e à torção, porém é mais leve.

Os tubos de aço-liga possuem boas propriedades mecânicas. São utilizados principalmente em usinas de energia, usinas nucleares, caldeiras de alta pressão, superaquecedores e reaquecedores de alta temperatura, além de tubulações e equipamentos de alta temperatura e alta pressão. São fabricados com aço carbono de alta qualidade, aço estrutural de liga e aço inoxidável resistente ao calor, e produzidos por laminação a quente (concentração, expansão) ou laminação a frio (trefilação). A maior vantagem é a possibilidade de reciclagem de 100%. Além disso, estão alinhados com a estratégia nacional de proteção ambiental, economia de energia e preservação de recursos. A política nacional incentiva a expansão do campo de aplicação dos tubos de liga de alta pressão. Atualmente, a proporção do consumo de tubos de liga no consumo total de aço da China é apenas metade da dos países desenvolvidos. A expansão da aplicação de tubos de liga pode proporcionar um espaço mais amplo para o desenvolvimento do setor.

Segundo pesquisa do grupo de especialistas em tubos de liga da Associação Chinesa de Aços Especiais, a demanda por tubos de liga de alta pressão na China deverá crescer entre 10% e 12% ao ano nos próximos anos. Tubos de liga são tubos de aço que podem ser definidos de acordo com o material de fabricação, sendo, como o próprio nome indica, uma liga metálica. Já os tubos sem costura são tubos de aço que são definidos de acordo com o processo de fabricação (com ou sem costura).

2. Composições químicas
C: 0,08 ~ 0,15
Si: 0,17 ~ 0,37
Mn: 0,40 ~ 0,70
Cr: 0,90 ~ 1,20
Mo: 0,25 ~ 0,35
V: 0,15 ~ 0,30

3. A influência dos elementos de liga
Carbono (C): O carbono é o principal elemento do aço. Com o aumento do teor de carbono no aço, a resistência e a dureza do aço à temperatura ambiente aumentam. No entanto, a plasticidade, a tenacidade e a energia de soldagem diminuem. Portanto, o teor de carbono do aço para componentes pressurizados de caldeiras é geralmente de 0,1% a 0,25%.
Mn: O manganês pode melhorar a resistência, a dureza e a resistência ao desgaste do aço em temperatura ambiente. Quando o teor é elevado, a tensão de soldagem aumenta. O manganês pode aumentar a resistência do aço a curto prazo em altas temperaturas, mas não tem efeito significativo na resistência à tração e no limite de fluência.

Molibdênio (Mo) e cromo (Cr): Tanto o Mo quanto o Cr podem melhorar a resistência do aço. O cromo tem um efeito notável na melhoria da estabilidade microestrutural do aço em altas temperaturas, como resistência à nodulização, grafitização e oxidação em altas temperaturas. Ele também melhora a resistência à corrosão. No entanto, o aço com alto teor de cromo apresenta alta sensibilidade a trincas de soldagem e tensões diferenciais em altas temperaturas. O molibdênio tem um efeito notável no aumento da resistência à tração do aço. O molibdênio apresenta tendência à formação de agregados e o cromo pode ser adicionado para prevenir problemas. A coexistência dos dois elementos pode melhorar as propriedades gerais do aço.

Vanádio (V): O V no aço pode melhorar a estabilidade da microestrutura em altas temperaturas e compensar o efeito negativo do cromo nas propriedades de soldagem.
Titânio (Ti): O titânio pode melhorar a resistência à tração do aço. Também pode melhorar a soldabilidade do aço, no caso de aços antiliga.
Tungstênio (W): O tungstênio pode melhorar a resistência à tração e a dureza em altas temperaturas do aço.
Silício (Si): O silício pode melhorar a resistência, a resistência ao desgaste e a resistência à oxidação do aço. A coexistência com o cromo pode melhorar a resistência à oxidação em altas temperaturas, bem como a resistência à corrosão em gases de combustão.
Nióbio (Nb): O Nb tem o mesmo efeito que o titânio e pode melhorar a resistência térmica do aço.
Boro (B): O boro desempenha um papel importante na melhoria da temperabilidade do aço. A resistência térmica e a ductilidade do aço podem ser aprimoradas em aços resistentes ao calor.

4. Desempenho do tratamento térmico
O processo de tratamento térmico do aço-liga pode ser dividido em aço-liga de baixo carbono, aço-liga de médio carbono e aço-liga de alto carbono. O aço-liga de baixo carbono geralmente necessita de cementação, têmpera e revenido. O aço-liga de médio carbono geralmente necessita de têmpera e revenido. Alguns também necessitam de têmpera superficial. O aço-liga de alto carbono geralmente necessita de têmpera e revenido.

Por exemplo:
Aço-liga de baixo carbono 18CrMnTi: cementado a 920~950℃, temperado em óleo a 850~870℃, revenido a 180~200℃, dureza superficial HRC58~67, dureza do núcleo HRC30~45.
Aço-liga de médio carbono 40CrMnMo: temperado em óleo a 840~850℃, em água ou óleo a 630~650℃, dureza HB 302~341
Aço liga de alto carbono Cr12MoV: têmpera em óleo a 950~1000℃, revenido a 150~180℃, HRC60~64

5. O processo de fundição
Equipamentos de fundição: fornos de resistência com cadinho e fornos de fusão contínua a gás.
Especificações do processo: o material utilizado na fundição deve ser armazenado em local seco e livre de contaminação. Deve ser tratado adequadamente antes do uso. Os contaminantes da superfície dos fornos de fusão devem ser removidos e a superfície seca antes do uso.
Tratamento de refino: remoção de gases, inclusões não metálicas e outros elementos nocivos da liga.