Saiba mais: Considerações técnicas na seleção e performance dos Aços Inoxidáveis aplicados na fabricação de Bombas e Válvulas
O consumo de aços inoxidáveis em perfis não planos representa apenas 10 a 15% em relação ao total mundial de 41,5 milhões de toneladas (1). Isso se deve à significativa diferença de volume utilizado nas aplicações de cada tipo. Entretanto, item de maior expressão de consumo nos não-planos, as barras redondas de aços inoxidáveis trazem sempre especificações mais complexas, tendo em vista que são aplicadas em eixos, peças usinadas e peças conformadas a quente, responsáveis por suportar altas tensões mecânicas e propriedades de tenacidade e fadiga dos componentes de equipamentos de alta performance, além da exigida resistência à corrosão.
As principais aplicações das barras redondas são:
- Bombas e válvulas (eixos, hastes e corpos)
- Conexões e afins (manifolders, flanges, conexões, etc)
- Equipamentos de medição (Controladores de pressão, temperatura, etc)
- Equipamentos da indústria naval (eixos de propulsão, acessórios, etc)
- Selos mecânicos e agitadores para produtos químicos e celulose
- Máquinas para alimentos e laticínios (higiene e esterilização), etc
A tabela abaixo apresenta o comportamento das diferentes classes de aços inoxidáveis em diversas condições de solicitação.
Aplicação dos aços inoxidáveis em bombas e válvulas: Uma das aplicações de maior exigência e rigor nas especificações são os eixos e componentes de bombas e válvulas. Neste caso, são de extrema importância as características mecânicas e metalúrgicas do material quanto à resistência à corrosão, alta resistência à pressão e temperatura, condições perfeitas de higiene e baixo custo de manutenção (LCC : Life-cycle-cost).
Portanto, para a seleção do aço mais adequado à cada aplicação, temos que conhecer o meio que este componente irá trabalhar, a corrosividade deste meio, condições de esterilização exigidas e os esforços mecânicos a que o material será submetido. Estes fatores devidamente dimensionados e utilizados na seleção dos aços inoxidáveis, levam à melhor desempenho do componente
A tabela abaixo mostra alguns exemplos de produto ou componente e suas principais exigências. A partir destas solicitações, são indicados os aços inoxidáveis mais utilizados e suas principais características (1):
Usinabilidade Melhorada dos aços inoxidáveis: Em geral os fabricantes de bombas e válvulas enfrentam a baixa produtividade das máquinas devido a dificuldades na usinabilidade dos aços inoxidáveis. Não podemos comparar a usinabilidade destes aços com os aços carbono e baixa-liga pois os inoxidáveis, principalmente os austeníticos são em geral mais encruáveis e menos transmissores de calor, promovendo um cavaco longo e de difícil eliminação que aumenta a temperatura na região de corte (2, 3) prejudicando a vida da ferramenta. Existem no entanto, algumas alternativas metalúrgicas que melhoram o desempenho dos aços inoxidáveis na usinagem. Uma das opções usuais é a adição de enxofre em teores da ordem de 0,20 a 0,30% que geram os aços inoxidáveis de usinagem fácil tais como o AISI 303, 420F e 430F. Pela presença de alto teor de Enxofre e consequentes microinclusões de Sulfeto de Manganês, estes aços apresentam melhor desempenho em usinabilidade em detrimento porém das propriedades anti-corrosivas. Da mesma forma, estes aços ressulfurados podem apresentar maior propensão a falhas por fadiga nos eixos com alta solicitação de esforços cíclicos. O tratamento térmico adequado é outro fator que melhora a usinabilidade dos aços inoxidáveis martensíticos. Microestrutura temperada e revenida com baixa dureza é facilitadora de usinagem mas a tecnologia plicada ao processo de fundição e refino em panela é a melhor opção para melhorar a usinabilidade sem prejudicar a resistência à corrosão dos inoxidáveis. Esta tecnologia, conhecida como geração IMCO da Siderúrgica Cogne, se faz pela adição de Cálcio e preciso balanceamento da composição química. A linha de produtos – IMCO promove melhor usinabilidade sem prejudicar a resistência à corrosão, principal propriedade exigida nos inoxidáveis (3).
Um dos aços mais adequados para eixos de bombas e atuadores de válvulas: Conforme mostrado, os componentes de bombas e válvulas necessitam combinar propriedades mecânica de alta dureza com ductilidade e resistência à corrosão. O aço denominado 630 que atende à norma ASTM A 564 é o mais indicado para produção de eixos de bombas e atuadores de válvulas que requerem estas propriedades. Também conhecido como 17-4 PH, este aço martensítico foi desenvolvido para responder metalurgicamente ao endurecimento por precipitação de partículas, através da presença de Cobre e Nióbio na sua composição química, que lhe confere durezas de até 49 RC embora possua baixíssimos teores de Carbono (4). O melhor resultado de dureza é obtido em resposta ao tratamento térmico de solubilização mais envelhecimento (H900 da norma ASTM A564), realizado a temperaturas de 480º C por 1 hora. Fabricantes de bombas na Europa e Estados Unidos (5) testaram o desempenho do aço 17-4 PH e o recomendam para utilização das bombas de classe premium, onde os eixos suportam mais esforços mecânicos, são tenazes e não sofrem deflexão, portanto um aço ideal para esta aplicação. O aço 17-4 PH apresenta ainda usinabilidade melhorada na versão IMCO 630 da Cogne que garante todos os benefícios acima mencionados e mais a alta produtividade na usinagem típica dos produtos da geração IMCO Cogne.
Os aços inoxidáveis duplex constituem-se uma opção interessante na seleção do material pelas suas principais características metalúrgicas, quais sejam alta resistência mecânica que atinge o dobro daquela obtida com os aços inoxidáveis austeníticos, associada a alta resistência à corrosão, principalmente do tipo corrosão sob tensão em meios de presença de cloretos (por exemplo água do mar). Uma vez consideradas estas propriedades, pode se ter uma redução na espessura de parede ou no diâmetro de eixos para projetos mecânicos, gerando uma expressiva economia de matéria-prima no produto final. Outras propriedades dos aços inoxidáveis duplex são a resistência à erosão e cavitação, importantes em aplicações de transporte de fluidos principalmente na presença de produtos abrasivos em alta vazão. Alguma desvantagem para processamento desta classe de aços é observada quanto à sua usinabilidade, dificultada pela característica de baixa condução térmica, alta ductilidade (não se quebra o cavaco) e baixo presença de elementos formadores de microinclusões (por ex. enxofre).
Portanto, como regra geral em todo projeto é essencial conhecer previamente e detalhadamente todas as condições de contorno existentes, onde os meios de trabalho e condições de pressão, temperatura, esforços mecânicos, movimentos cíclicos e regras de esterilização são parâmetros fundamentais para a seleção do melhor aço para componentes de bombas, válvulas de demais conexões. Esta seleção adequadamente realizada vai proporcionar melhor desempenho do componente, garantindo a vida útil do produto e atendimento das suas especificações durante todo este ciclo previsto (LCC -Life-cycle-cost).
Onde encontrar estes produtos com garantia da qualidade e atendimento técnico: A Metalinox Cogne possui um completo estoque de produtos no seu depósito em São Paulo para pronta entrega em todas as classes e perfis de aços inoxidáveis em barra. Os nossos produtos podem ser adquiridos com serviço adicional de corte em discos, forjamento de anéis e buchas, barras usinados e furadas ou com acabamento superficial especial de alta precisão. Realizamos também o tratamento térmico mais adequado para atender à especificação técnica exigida para melhor performance do produto. Tudo isso garantido pelo certificado de origem do produto Europeu, produzido na nossa planta italiana da Cogne.
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Referências bibliográficas utilizadas para consulta:
- (1) PCV Expo –Overview Stainless Steels –Oct 2009 – http://www.tradechakra.com/events/moscow-russia/pcv-expo-2009-1575.php
- (2) Gonzales, G. e outros – Controle de usinabilidade do aço AISI 416. Critérios metalúrgicos e de produção. Metalurgia – ABM, v. 38, n. 300, p.659-663, novembro de 1982.
- (3) Publicação Técnica Abinox – Associação Brasileira dos Aços Inoxidáveis- https://www.metalinoxsp.com.br/ 2017/03/08/imco-cogne-acos-inoxidaveis-com-usinabilidade-melhorada/
- (4) Bressan J.D. e outros- Influence of hardness on the wear resistance of 17-4PH stainless steel – Journal of Materials Processing Technology, 205 (2008).
- (5) Waukesha Pump Shaft : 17-4 PH vs 316L Stainless Steel – Holland Applied Technologies May 21, 2014- www.hollandaptblog.com/2014/05/21/waukesha-pump-shafts.
- Elaborado a partir de traduções de referências bibliográficas publicadas e mencionadas acima, complementadas com informações técnicas de equipe de engenharia de siderúrgica produtora de aços inoxidáveis.
Elaborado por:
Engº Gilberto S Gonzales – Diretor da Metalinox Cogne – São Paulo – Brasil – Junho 2017
