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Estudo da resistência à corrosão do aço inoxidável ferrítico AISI 444 para aplicação como biomaterial / Study on the corrosion resistance of AISI 444 stainless steel for application as biomaterial

Marques, Rogério Albuquerque 13 June 2014 (has links)
Os aços inoxidáveis ferríticos são naturalmente ferromagnéticos, o que impossibilita sua utilização em próteses ortopédicas. Apesar disso, em algumas aplicações específicas, faz-se necessário o uso de um biomaterial ferromagnético, como nas próteses odontológicas e faciais com conectores magnéticos. Este trabalho apresenta o estudo da resistência à corrosão e citotoxicidade do aço inoxidável ferrítico AISI 444, para avaliar seu potencial de uso como um biomaterial. O aço AISI 444 possui baixo teor de níquel, teores extrabaixos de intersticiais (C e N) e é estabilizado com Ti e Nb. Como materiais de referência foram utilizados o aço inoxidável austenítico ISO 5832-1 (ASTM F-138), por ser o biomaterial metálico mais empregado na fabricação de próteses ortopédicas, e uma base ferromagnética do sistema de fixação de próteses odontológicas, feita em aço inoxidável ferrítico (NeoM). O ensaio de citotoxicidade in vitro, pelo método de incorporação do corante vermelho neutro, revelou que o aço inoxidável AISI 444 não apresentou citotoxicidade. O comportamento frente à corrosão foi estudado por meio de curvas de polarização anódica potenciodinâmicas e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). O meio de ensaio foi uma solução salina tamponada de fosfato (PBS), em condição naturalmente aerada e em fresta, a temperatura de 37 ºC. Para simular a condição de fresta dos ensaios eletroquímicos foi desenvolvido um novo equipamento. As propriedades eletrônicas do filme passivo foram avaliadas pela técnica de Mott-Schottky. Em meio aerado, os resultados de EIE indicaram que todos os materiais se mostraram passivos. As curvas de polarização indicaram que a resistência à corrosão por pite do aço AISI 444 foi equivalente à do aço ISO 5832-1, porém superior à do NeoM. Pelos diagramas de Mott-Schottky, conclui-se que o filme óxido no aço AISI 444 possui menor concentração de dopantes que o aço NeoM. Isto sugere que o aço AISI 444 apresenta maior resistência à transferência de carga através do filme passivo. Em condição de fresta, as polarizações indicaram taxas de corrosão baixas para ambos os aços, porém superiores para o aço ISO 5832-1, em comparação ao aço AISI 444. As micrografias das superfícies dos aços, após polarização, revelaram um maior ataque corrosivo no aço ISO 5832-1 do que no aço AISI 444. O aço NeoM apresentou composição química fora da especificação da norma. Os baixos teores de Cr e de Mo, além das altas concentrações de sulfetos, foram as prováveis causas da menor resistência à corrosão do NeoM, indicada pelos ensaios eletroquímicos. O equipamento proposto para avaliação da resistência à corrosão, em condição de fresta, mostrou boa reprodutibilidade de resultados. O aço inoxidável AISI 444 apresentou alta potencialidade para uso como biomaterial, especialmente na fabricação de componentes protéticos com fixação magnética. / Ferritic stainless steels are ferromagnetic materials. This property does not allow their use in orthopedic prosthesis. Nevertheless, in some specific applications, this characteristic is very useful, such as, for fixing dental and facial prostheses by using magnetic attachments. In this study, the corrosion resistance and cytotoxicity of the AISI 444 ferritic stainless steel, with low nickel content, extra-low interstitial levels (C and N) and with the addition of Ti and Nb as stabilizers, were investigated to evaluate its potentiality for biomaterials fabrication. The ISO 5832 austenitic stainless steel (SS) and a commercial universal keeper for dental attachment (Neo-magnet System) were evaluated for comparison reasons. The first stainless steel is the most used metallic material for orthopedic prostheses fabrication, and the second one, is a ferromagnetic keeper for dental prostheses (NeoM). In vitro cytotoxicity analysis was performed by the red neutral incorporation method. The results showed that the AISI 444 stainless steel is non cytotoxic. The corrosion resistance was studied by anodic polarization methods and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), in a saline phosphate buffered solution (PBS) at 37 °C, either naturally aerated or under crevice condition. A new device was developed to simulate the crevice condition on electrochemical tests. The electronic properties of the passive film formed on AISI 444 SS were evaluated by the Mott-Schottky approach. All tested materials showed passivity in the PBS medium and the passive oxide film presented a duplex nature. In aerated condition, the resistance to pitting corrosion associated to AISI 444 SS was similar to that of the ISO 5832 SS and both were superior to that of the NeoM SS. The 444 SS oxide film showed lower dopants concentration than the NeoM SS, suggesting that the 444 SS film presents a higher resistance to charge transfer through it than the fim on the NeoM SS. Under crevice conditions, the potentiodinamic polarization tests indicated low corrosion rates for both steels, but slightly higher for the ISO 5832 SS when compared to the AISI 444 SS tested. Observation of the surface, after crevice polarization, indicated a larger area of corrosive attack on the ISO 5832-1 SS than on the AISI 444 SS.The chemical composition of the NeoM SS was out of the standard specification. The low levels of Cr and Mo in the NeoM, and the high concentration of MnS precipitates, are the probable cause of its lower corrosion resistance. The new devide proposed for crevice corrosion resistance evaluation, showed good reproducibility of results.The AISI 444 stainless steel showed a high potential for use as a biomaterial, especially for the manufacture of prosthetic components with magnetic attachment.
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Estudo da resistência à corrosão do aço inoxidável ferrítico AISI 444 para aplicação como biomaterial / Study on the corrosion resistance of AISI 444 stainless steel for application as biomaterial

Rogério Albuquerque Marques 13 June 2014 (has links)
Os aços inoxidáveis ferríticos são naturalmente ferromagnéticos, o que impossibilita sua utilização em próteses ortopédicas. Apesar disso, em algumas aplicações específicas, faz-se necessário o uso de um biomaterial ferromagnético, como nas próteses odontológicas e faciais com conectores magnéticos. Este trabalho apresenta o estudo da resistência à corrosão e citotoxicidade do aço inoxidável ferrítico AISI 444, para avaliar seu potencial de uso como um biomaterial. O aço AISI 444 possui baixo teor de níquel, teores extrabaixos de intersticiais (C e N) e é estabilizado com Ti e Nb. Como materiais de referência foram utilizados o aço inoxidável austenítico ISO 5832-1 (ASTM F-138), por ser o biomaterial metálico mais empregado na fabricação de próteses ortopédicas, e uma base ferromagnética do sistema de fixação de próteses odontológicas, feita em aço inoxidável ferrítico (NeoM). O ensaio de citotoxicidade in vitro, pelo método de incorporação do corante vermelho neutro, revelou que o aço inoxidável AISI 444 não apresentou citotoxicidade. O comportamento frente à corrosão foi estudado por meio de curvas de polarização anódica potenciodinâmicas e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). O meio de ensaio foi uma solução salina tamponada de fosfato (PBS), em condição naturalmente aerada e em fresta, a temperatura de 37 ºC. Para simular a condição de fresta dos ensaios eletroquímicos foi desenvolvido um novo equipamento. As propriedades eletrônicas do filme passivo foram avaliadas pela técnica de Mott-Schottky. Em meio aerado, os resultados de EIE indicaram que todos os materiais se mostraram passivos. As curvas de polarização indicaram que a resistência à corrosão por pite do aço AISI 444 foi equivalente à do aço ISO 5832-1, porém superior à do NeoM. Pelos diagramas de Mott-Schottky, conclui-se que o filme óxido no aço AISI 444 possui menor concentração de dopantes que o aço NeoM. Isto sugere que o aço AISI 444 apresenta maior resistência à transferência de carga através do filme passivo. Em condição de fresta, as polarizações indicaram taxas de corrosão baixas para ambos os aços, porém superiores para o aço ISO 5832-1, em comparação ao aço AISI 444. As micrografias das superfícies dos aços, após polarização, revelaram um maior ataque corrosivo no aço ISO 5832-1 do que no aço AISI 444. O aço NeoM apresentou composição química fora da especificação da norma. Os baixos teores de Cr e de Mo, além das altas concentrações de sulfetos, foram as prováveis causas da menor resistência à corrosão do NeoM, indicada pelos ensaios eletroquímicos. O equipamento proposto para avaliação da resistência à corrosão, em condição de fresta, mostrou boa reprodutibilidade de resultados. O aço inoxidável AISI 444 apresentou alta potencialidade para uso como biomaterial, especialmente na fabricação de componentes protéticos com fixação magnética. / Ferritic stainless steels are ferromagnetic materials. This property does not allow their use in orthopedic prosthesis. Nevertheless, in some specific applications, this characteristic is very useful, such as, for fixing dental and facial prostheses by using magnetic attachments. In this study, the corrosion resistance and cytotoxicity of the AISI 444 ferritic stainless steel, with low nickel content, extra-low interstitial levels (C and N) and with the addition of Ti and Nb as stabilizers, were investigated to evaluate its potentiality for biomaterials fabrication. The ISO 5832 austenitic stainless steel (SS) and a commercial universal keeper for dental attachment (Neo-magnet System) were evaluated for comparison reasons. The first stainless steel is the most used metallic material for orthopedic prostheses fabrication, and the second one, is a ferromagnetic keeper for dental prostheses (NeoM). In vitro cytotoxicity analysis was performed by the red neutral incorporation method. The results showed that the AISI 444 stainless steel is non cytotoxic. The corrosion resistance was studied by anodic polarization methods and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), in a saline phosphate buffered solution (PBS) at 37 °C, either naturally aerated or under crevice condition. A new device was developed to simulate the crevice condition on electrochemical tests. The electronic properties of the passive film formed on AISI 444 SS were evaluated by the Mott-Schottky approach. All tested materials showed passivity in the PBS medium and the passive oxide film presented a duplex nature. In aerated condition, the resistance to pitting corrosion associated to AISI 444 SS was similar to that of the ISO 5832 SS and both were superior to that of the NeoM SS. The 444 SS oxide film showed lower dopants concentration than the NeoM SS, suggesting that the 444 SS film presents a higher resistance to charge transfer through it than the fim on the NeoM SS. Under crevice conditions, the potentiodinamic polarization tests indicated low corrosion rates for both steels, but slightly higher for the ISO 5832 SS when compared to the AISI 444 SS tested. Observation of the surface, after crevice polarization, indicated a larger area of corrosive attack on the ISO 5832-1 SS than on the AISI 444 SS.The chemical composition of the NeoM SS was out of the standard specification. The low levels of Cr and Mo in the NeoM, and the high concentration of MnS precipitates, are the probable cause of its lower corrosion resistance. The new devide proposed for crevice corrosion resistance evaluation, showed good reproducibility of results.The AISI 444 stainless steel showed a high potential for use as a biomaterial, especially for the manufacture of prosthetic components with magnetic attachment.
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Dissimilar welding of ferritic stainless steel AISI 444 and AISI 316L austenitic stainless steel through the autogenous TIG process using pulsed current. / Soldagem dissimilar do aÃo inoxidÃvel ferrÃtico AISI 444 e do aÃo inoxidÃvel austenÃtico AISI 316L por meio do processo TIG autÃgeno utilizando corrente pulsada

Isabel Ferreira de Barros 24 January 2014 (has links)
FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / The use of stainless steels has intensified with the industrial demand growing, which extends its application for various sectors such as the oil and gas, desalination equipment in industry, sugar industry, among others. In that context, the use of ferritic stainless steels has grown in recent years on account of its excellent relationship between corrosion resistance and cost, and a great option in substitution of austenitic stainless steels. Intending to study the connection of dissimilar stainless steels by means of a welding process, this paper will lay the submit the ferritic stainless steel AISI 444 and AISI 316L austenitic stainless steel with TIG welding autogenous (without filler metal) with pulsed current. That union seeks to get a fused zone with better mechanical properties together with the correction of possible related to welding those steels problems, such as grain growth in ferritic steels, to which its refinement is possible through the use of pulsed current during the procedure. The choice of these two materials was based on the characteristics of each one separately for they possess closest properties, despite having different classifications, allowing the combined use of both, and thus ferritic act in order to partially replace the austenitic stainless steel in situations where the combination of high corrosion resistance and mechanical strength are not relevant. That action combined, and does not affect the characteristics of the set of negative way is to use lower cost benefit, because the presence of nickel austenitic stainless steels by more expensive finishes them. Thus, it is expected to provide, through this work, further deepening the respect of dissimilar welding between stainless steel AISI 444 ferritic and austenitic stainless steel AISI 316L, evaluating operational parameters such as the pulse of current and heat input on obtained microstructure and mechanical properties. / A utilizaÃÃo dos aÃos inoxidÃveis tem se intensificado juntamente com a crescente demanda industrial, em que sua aplicaÃÃo se estende pelos mais variados setores, como por exemplo, na indÃstria de petrÃleo e gÃs, em equipamentos de dessalinizaÃÃo, na indÃstria sucroalcooleira, entre outros. Neste contexto, o uso de aÃos inoxidÃveis ferrÃticos tem crescido nos Ãltimos anos devido a sua excelente relaÃÃo entre resistÃncia à corrosÃo e custo, sendo uma Ãtima opÃÃo em substituiÃÃo aos aÃos inoxidÃveis austenÃticos. Objetivando estudar a uniÃo de aÃos inoxidÃveis dissimilares por meio de um processo de soldagem, o presente trabalho submeterà o aÃo inoxidÃvel ferrÃtico AISI 444 e o aÃo inoxidÃvel austenÃtico AISI 316L à soldagem TIG autÃgeno (sem metal de adiÃÃo) com corrente pulsada. Essa uniÃo visa obter uma zona fundida com melhores propriedades mecÃnicas juntamente com a correÃÃo dos possÃveis problemas relacionado à soldagem desses aÃos, como por exemplo, o crescimento de grÃo nos aÃos inoxidÃveis ferrÃticos, em que seu refinamento se torna possÃvel atravÃs da utilizaÃÃo de corrente pulsada durante o procedimento. A escolha desses dois materiais baseou-se nas caracterÃsticas inerentes a cada um separadamente e tambÃm por possuÃrem propriedades muito prÃximas, apesar de possuÃrem classificaÃÃes diferentes, permitindo a utilizaÃÃo combinada de ambos e dessa forma o aÃo inoxidÃvel ferrÃtico atuarà de forma a substituir parcialmente o aÃo inoxidÃvel austenÃtico nas situaÃÃes em que a combinaÃÃo de elevada resistÃncia à corrosÃo e resistÃncia mecÃnica nÃo sÃo tÃo relevantes. Essa utilizaÃÃo combinada, alÃm de nÃo afetar as caracterÃsticas do conjunto de maneira negativa tem como benefÃcio reduzir custos, visto que a presenÃa de nÃquel nos aÃos inoxidÃveis austenÃticos acaba por encarecÃ-los. Dessa forma, espera-se fornecer atravÃs deste trabalho um maior aprofundamento a respeito da soldagem dissimilar entre o aÃo inoxidÃvel ferrÃtico AISI 444 e o aÃo inoxidÃvel austenÃtico AISI 316L, avaliando os parÃmetros operacionais, como a pulsaÃÃo da corrente e a energia de soldagem sobre a microestrutura obtida, bem como as propriedades mecÃnicas.
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Estudo da corrosão em junta tubo-espelho soldada por SATG entre as ligas AISI 316L e AISI 444 / Study of corrosion process on tube-to-tubesheet welded joints performed with TIG process and using AISI 316L and AISI 444 alloys

Guilherme, Luis Henrique 21 November 2011 (has links)
Nos últimos anos houve, no Brasil, um significativo investimento em usinas de álcool para suprir a demanda. Todavia, surgiram problemas de natureza econômica e ambiental, já que a tecnologia atualmente utilizada nas destilarias de álcool produz em média 13 litros de vinhaça para cada litro de álcool. Na busca de uma solução para reduzir o volume deste resíduo, desenvolveu-se um equipamento para concentração de vinhaça, denominado Ecovin, pela empresa Citrotec localizada em Araraquara-SP. Para cada Ecovin são utilizados cerca de 4000 tubos com costura nos trocadores de calor, e para reduzir seu custo de fabricação, avaliou-se como opção o uso de tubos da liga AISI 444. Inserido neste contexto, o presente trabalho procurou caracterizar os mecanismos de corrosão e mostrar de forma comparativa o desempenho dos tubos nas juntas tubo-espelho. Estudo-se, portanto, dois tipos de junta, a do projeto atual, composta por chapa e tubo da liga AISI 316L; e a nova proposta, composta por chapa da liga AISI 316L e tubo da liga AISI 444. Para tanto, iniciou-se com a avaliação da soldabilidade das ligas estudadas, através da caracterização microestrutural, qualificação do procedimento de soldagem da junta tubo-espelho e de ensaios de sensitização nas soldas. Em seguida, ensaios de perda de massa por imersão foram realizados nas soluções de 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' e 0,5 M \'H\'CL\', nas temperaturas de 30°C, 50°C, 70°C e 90°C, de acordo com o intervalo de temperatura de operação do Ecovin. Nas mesmas soluções, e na temperatura ambiente, foram realizados ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica em amostras que reproduziram o ciclo térmico de soldagem das juntas tubo-espelho estudadas, nas regiões do metal de base, zona afetada pelo calor (ZAC) e no metal de solda. Na junta tubo-espelho a corrosão ocorreu preferencialmente na ZAC formada entre a interface tubo-metal de solda, e no cordão de solda à margem do tubo, com a atuação de mecanismos de corrosão generalizada e localizada. Na junta tubo-espelho dissimilar observou-se que o processo corrosivo foi predominante na superfície do tubo AISI 444, típico do mecanismo de corrosão galvânica, onde o tubo AISI 444 caracterizou-se como a região anódica. O desempenho da liga AISI 316L, assim como a junta soldada composta somente por essa liga, apresentou um melhor desempenho em corrosão, porém, na solução contendo cloreto, a variação da temperatura exerceu uma influência proporcional para ambos os casos avaliados nesse estudo. Destaca-se ainda que a liga AISI 316L sofreu corrosão por pite na ZAC e no metal de solda, em ambas as soluções, com maior severidade do que a liga AISI 444. Os resultados obtidos indicam que para a aplicação requerida, o tubo AISI 444 pode ser utilizado na temperatura de 50°C com satisfatório desempenho e similar à junta composta somente por AISI 316L. / Recently in Brazil there has been constant investments in ethanol plants, to supply the internal and external market, resulting at a high increase of the volume of this product. However, economical and environmental problems arose because of this new demand, whereas the current technologies produce thirteen liters of vinasse for each liter of alcohol. Each ECOVIN uses nearly 4000 welded tubes in the heat exchangers, and there is an option to use welded AISI 444 alloy tubes in order to reduce the manufacture costs of the ECOVIN. In this context, this work determines the corrosion mechanisms and analyzes the performance of welded tubes and the tube-to-tubesheet welded joints. The following types of tube-to-tubesheet were evaluated: current welded joints of this project, with all components manufactured with AISI 316L alloy; and the welded joint suggested for the project, using the welded tubes of AISI 444 alloy and the plate of AISI 316L alloy. For this purpose, the first step was to evaluate the weldability of the studied alloys, through microstructural characterization, welding procedure qualification and the intergranular corrosion test. After that, mass loss tests were conducted in 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' and 0,5 M \'H\'CL\' solutions, at 30°C, 50°C, 70°C and 90°C, according to the temperature range of the equipment operating. Electrochemical polarization tests were made in the same solution concentration used in the mass loss tests, but only in room temperature. These tests were made in samples that were welded with the same thermal cycle of the tube-to-tubesheet welded joints, and the evaluations were made on the base metal, heat affected zones and weld metal. The uniform and localized corrosion process occurred preferentially in the interface formed between tube and weld metal, and on weld metal near the tubes. In the tube-to-tubesheet dissimilar welded joints, it was observed that the corrosion process was predominant on the surface of AISI 444 alloy, probably because of the galvanic corrosion process, where the AISI 444 was an anodic region. The best performance on corrosion process was observed in AISI 316L, both the base metal and the similar welded joints. However, for the tests in chloride environment, in this process, the temperature caused a proportional influence in the corrosion rate of AISI 316L and AISI 444. In the AISI 316L alloy it was observed nucleation of pitting in HAZ and in weld metal, in both solutions, and more aggressive than observed in the AISI 444 alloy. The results showed that the AISI 444 alloy can be applied for the initial ranging temperatures of the equipments operation, with satisfactory performance.
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Estudo da corrosão em junta tubo-espelho soldada por SATG entre as ligas AISI 316L e AISI 444 / Study of corrosion process on tube-to-tubesheet welded joints performed with TIG process and using AISI 316L and AISI 444 alloys

Luis Henrique Guilherme 21 November 2011 (has links)
Nos últimos anos houve, no Brasil, um significativo investimento em usinas de álcool para suprir a demanda. Todavia, surgiram problemas de natureza econômica e ambiental, já que a tecnologia atualmente utilizada nas destilarias de álcool produz em média 13 litros de vinhaça para cada litro de álcool. Na busca de uma solução para reduzir o volume deste resíduo, desenvolveu-se um equipamento para concentração de vinhaça, denominado Ecovin, pela empresa Citrotec localizada em Araraquara-SP. Para cada Ecovin são utilizados cerca de 4000 tubos com costura nos trocadores de calor, e para reduzir seu custo de fabricação, avaliou-se como opção o uso de tubos da liga AISI 444. Inserido neste contexto, o presente trabalho procurou caracterizar os mecanismos de corrosão e mostrar de forma comparativa o desempenho dos tubos nas juntas tubo-espelho. Estudo-se, portanto, dois tipos de junta, a do projeto atual, composta por chapa e tubo da liga AISI 316L; e a nova proposta, composta por chapa da liga AISI 316L e tubo da liga AISI 444. Para tanto, iniciou-se com a avaliação da soldabilidade das ligas estudadas, através da caracterização microestrutural, qualificação do procedimento de soldagem da junta tubo-espelho e de ensaios de sensitização nas soldas. Em seguida, ensaios de perda de massa por imersão foram realizados nas soluções de 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' e 0,5 M \'H\'CL\', nas temperaturas de 30°C, 50°C, 70°C e 90°C, de acordo com o intervalo de temperatura de operação do Ecovin. Nas mesmas soluções, e na temperatura ambiente, foram realizados ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica em amostras que reproduziram o ciclo térmico de soldagem das juntas tubo-espelho estudadas, nas regiões do metal de base, zona afetada pelo calor (ZAC) e no metal de solda. Na junta tubo-espelho a corrosão ocorreu preferencialmente na ZAC formada entre a interface tubo-metal de solda, e no cordão de solda à margem do tubo, com a atuação de mecanismos de corrosão generalizada e localizada. Na junta tubo-espelho dissimilar observou-se que o processo corrosivo foi predominante na superfície do tubo AISI 444, típico do mecanismo de corrosão galvânica, onde o tubo AISI 444 caracterizou-se como a região anódica. O desempenho da liga AISI 316L, assim como a junta soldada composta somente por essa liga, apresentou um melhor desempenho em corrosão, porém, na solução contendo cloreto, a variação da temperatura exerceu uma influência proporcional para ambos os casos avaliados nesse estudo. Destaca-se ainda que a liga AISI 316L sofreu corrosão por pite na ZAC e no metal de solda, em ambas as soluções, com maior severidade do que a liga AISI 444. Os resultados obtidos indicam que para a aplicação requerida, o tubo AISI 444 pode ser utilizado na temperatura de 50°C com satisfatório desempenho e similar à junta composta somente por AISI 316L. / Recently in Brazil there has been constant investments in ethanol plants, to supply the internal and external market, resulting at a high increase of the volume of this product. However, economical and environmental problems arose because of this new demand, whereas the current technologies produce thirteen liters of vinasse for each liter of alcohol. Each ECOVIN uses nearly 4000 welded tubes in the heat exchangers, and there is an option to use welded AISI 444 alloy tubes in order to reduce the manufacture costs of the ECOVIN. In this context, this work determines the corrosion mechanisms and analyzes the performance of welded tubes and the tube-to-tubesheet welded joints. The following types of tube-to-tubesheet were evaluated: current welded joints of this project, with all components manufactured with AISI 316L alloy; and the welded joint suggested for the project, using the welded tubes of AISI 444 alloy and the plate of AISI 316L alloy. For this purpose, the first step was to evaluate the weldability of the studied alloys, through microstructural characterization, welding procedure qualification and the intergranular corrosion test. After that, mass loss tests were conducted in 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' and 0,5 M \'H\'CL\' solutions, at 30°C, 50°C, 70°C and 90°C, according to the temperature range of the equipment operating. Electrochemical polarization tests were made in the same solution concentration used in the mass loss tests, but only in room temperature. These tests were made in samples that were welded with the same thermal cycle of the tube-to-tubesheet welded joints, and the evaluations were made on the base metal, heat affected zones and weld metal. The uniform and localized corrosion process occurred preferentially in the interface formed between tube and weld metal, and on weld metal near the tubes. In the tube-to-tubesheet dissimilar welded joints, it was observed that the corrosion process was predominant on the surface of AISI 444 alloy, probably because of the galvanic corrosion process, where the AISI 444 was an anodic region. The best performance on corrosion process was observed in AISI 316L, both the base metal and the similar welded joints. However, for the tests in chloride environment, in this process, the temperature caused a proportional influence in the corrosion rate of AISI 316L and AISI 444. In the AISI 316L alloy it was observed nucleation of pitting in HAZ and in weld metal, in both solutions, and more aggressive than observed in the AISI 444 alloy. The results showed that the AISI 444 alloy can be applied for the initial ranging temperatures of the equipments operation, with satisfactory performance.
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AvaliaÃÃo Comparativa dos âLININGSâ doa AÃos AISI 444 e AISI 316L para AplicaÃÃo em Torres de DestilaÃÃo de PetrÃleo / Comparative Assessment of "LININGS" donates steels AISI 444 and AISI 316L for Application in Oil Distillation Towers

Rodrigo Freitas GuimarÃes 27 June 2005 (has links)
AgÃncia Nacional do PetrÃleo / Os elevados teores de enxofre dos petrÃleos processados nas unidades de refino atacam o âcladâ de aÃo AISI 405 ou 410S, expondo o aÃo estrutural ao meio corrosivo. A recuperaÃÃo da regiÃo desgastada à feita pela aplicaÃÃo de um âliningâ de aÃo AISI 316L. Embora o aÃo AISI 316L garanta uma boa resistÃncia à corrosÃo naftÃnica, surgem trincas na zona afetada pelo calor da solda ( ZAC) apÃs um determinado perÃodo de operaÃÃo da unidade, associadas a problemas metalÃrgicos na ZAC e aos esforÃos de dilataÃÃo e contraÃÃo do conjnto âliningâ e parede da torre. Uma alternativa seria a aplicaÃÃo de um âliningâ de aÃo AISI 444 que tem resistÃncia à corrosÃo comparÃvel à do aÃo AISI 316L e coeficiente de expansÃo tÃrmica mais prÃximo do coeficiente do prÃprio material da torre. Contudo, ainda nÃo sÃo conhecidos os efeitos sobre o desempenho deste aÃo nas condiÃÃes de operaÃÃo da torre. Assim, neste trabalho estudou-se a viabilidade da aplicaÃÃo de um âliningâ de aÃo AISI 444 para a recuperaÃÃo da torre de destilaÃÃo em substituiÃÃo ao aÃo AISI 316L. Para tanto, foram avaliadas as condiÃÃes de fragilizaÃÃo do aÃo AISI 444 na temperatura mÃxima da torre ( em torno de 400ÂC) e na temperatura de 475ÂC, atravÃs da mediÃÃo da dureza Brinell e do ensaio de impacto Charpy-V. Corpos de prova de aÃo AISI 444 e AISI 316L soldados sobre chapas de aÃo ASTM A516 Gr60 foram submetidos a ciclos de Fadiga TÃrmica e, apÃs cada ciclo (20 ao todo), passaram por uma inspeÃÃo para verificar a existÃncia de trincas. Logo apÃs foi feita a caracterizaÃÃo microestrutural da ZAC. TambÃm foram retiradas amostras apÃs os ensaios de Fadiga TÃrmica para serem submetidas a tratamentos em petrÃleo na temperatura de 300 C. ApÃs o tratamento em petrÃleo, as amostras passaram por uma avaliaÃÃo no microscÃpio eletrÃnica de varredura. Foram medidas as massas dos corpos de prova antes e apÃs o tratamento em petrÃleo para determinar a perda de massa provocada pelo ambiente corrosivo. Os resultados indicam que a submissÃo do aÃo AISI 444 ao tratamento tÃrmico, nas temperaturas de 400 a 475ÂC, causa a fragilizaÃÃo do mesmo e um aumento da temperatura de transiÃÃo dÃctil frÃgil para valores acima de 30 C, mas abaixo de 60 C. Os aÃos AISI 316L e AISI 444 nÃo apresentam trincas apÃs os ensaios de Fadiga TÃrmica e nem apÃs o tratamento em petrÃleo. O uso do aÃo AISI 444 pode representar uma reduÃÃo nos custos nas paradas das torres de destilaÃÃo uma vez que este apresentou menores taxas de corrosÃo que o aÃo AISI 316L. / Os elevados teores de enxofre dos petrÃleos processados nas unidades de refino atacam o âcladâ de aÃo AISI 405 ou 410S, expondo o aÃo estrutural ao meio corrosivo. A recuperaÃÃo da regiÃo desgastada à feita pela aplicaÃÃo de um âliningâ de aÃo AISI 316L. Embora o aÃo AISI 316L garanta uma boa resistÃncia à corrosÃo naftÃnica, surgem trincas na zona afetada pelo calor da solda ( ZAC) apÃs um determinado perÃodo de operaÃÃo da unidade, associadas a problemas metalÃrgicos na ZAC e aos esforÃos de dilataÃÃo e contraÃÃo do conjnto âliningâ e parede da torre. Uma alternativa seria a aplicaÃÃo de um âliningâ de aÃo AISI 444 que tem resistÃncia à corrosÃo comparÃvel à do aÃo AISI 316L e coeficiente de expansÃo tÃrmica mais prÃximo do coeficiente do prÃprio material da torre. Contudo, ainda nÃo sÃo conhecidos os efeitos sobre o desempenho deste aÃo nas condiÃÃes de operaÃÃo da torre. Assim, neste trabalho estudou-se a viabilidade da aplicaÃÃo de um âliningâ de aÃo AISI 444 para a recuperaÃÃo da torre de destilaÃÃo em substituiÃÃo ao aÃo AISI 316L. Para tanto, foram avaliadas as condiÃÃes de fragilizaÃÃo do aÃo AISI 444 na temperatura mÃxima da torre ( em torno de 400ÂC) e na temperatura de 475ÂC, atravÃs da mediÃÃo da dureza Brinell e do ensaio de impacto Charpy-V. Corpos de prova de aÃo AISI 444 e AISI 316L soldados sobre chapas de aÃo ASTM A516 Gr60 foram submetidos a ciclos de Fadiga TÃrmica e, apÃs cada ciclo (20 ao todo), passaram por uma inspeÃÃo para verificar a existÃncia de trincas. Logo apÃs foi feita a caracterizaÃÃo microestrutural da ZAC. TambÃm foram retiradas amostras apÃs os ensaios de Fadiga TÃrmica para serem submetidas a tratamentos em petrÃleo na temperatura de 300 C. ApÃs o tratamento em petrÃleo, as amostras passaram por uma avaliaÃÃo no microscÃpio eletrÃnica de varredura. Foram medidas as massas dos corpos de prova antes e apÃs o tratamento em petrÃleo para determinar a perda de massa provocada pelo ambiente corrosivo. Os resultados indicam que a submissÃo do aÃo AISI 444 ao tratamento tÃrmico, nas temperaturas de 400 a 475ÂC, causa a fragilizaÃÃo do mesmo e um aumento da temperatura de transiÃÃo dÃctil frÃgil para valores acima de 30 C, mas abaixo de 60 C. Os aÃos AISI 316L e AISI 444 nÃo apresentam trincas apÃs os ensaios de Fadiga TÃrmica e nem apÃs o tratamento em petrÃleo. O uso do aÃo AISI 444 pode representar uma reduÃÃo nos custos nas paradas das torres de destilaÃÃo uma vez que este apresentou menores taxas de corrosÃo que o aÃo AISI 316L. / The high sulfur content of oil processed in the refining units attack the "clad" steel AISI 405 or 410S, exposing the structural steel to the corrosive medium. The recovery of the eroded region is made by applying a "lining" of AISI 316L steel. Although steel AISI 316L ensure good corrosion resistance naphthenic, cracks appear in the heat affected zone of the weld (HAZ) after a certain period of operation of the unit, metallurgical problems associated with the HAZ and the efforts of expansion and contraction of conjnto " lining "of the tower and wall. An alternative would be the application of a "lining" of AISI 444 steel having corrosion resistance comparable to the AISI 316L steel and the thermal expansion coefficient closer to the coefficient of the material itself of the tower. However, are not yet known effects on the performance of the steel in the conditions of operation of the tower. In this work we studied the feasibility of applying a "lining" steel AISI 444 for the recovery of the distillation tower to replace the steel AISI 316L. Thus, we evaluated the conditions of embrittlement of AISI 444 in the maximum temperature of the tower (about 400  C) and temperature of 475  C, by measuring the Brinell hardness and Charpy impact test-V. Specimens of AISI 444 and AISI 316L welded onto steel plates ASTM A516 Gr60 were subjected to thermal fatigue cycles and after each cycle (20 in all), passed an inspection to check for cracks. Soon after it was made microstructural characterization of ZAC. Also samples were taken after the thermal fatigue tests in order to undergo treatment in oil at a temperature of 300  C. After treatment in oil, the samples underwent an evaluation in the scanning electron microscope. Were measured masses of the samples before and after treatment in oil to determine the weight loss caused by the corrosive environment. The results indicate that the subjection of the AISI 444 steel to thermal treatment at temperatures 400-475  C, causes embrittlement of the same and increasing the temperature of transition ductile brittle to values ​​above 30  C but below 60  C. The AISI 316L and AISI 444 do not exhibit cracks after the tests and Thermal Fatigue or after treatment in oil. The use of steel AISI 444 may represent a cost savings in the charts of distillation towers since it showed the lowest corrosion rates than steel AISI 316L. / The high sulfur content of oil processed in the refining units attack the "clad" steel AISI 405 or 410S, exposing the structural steel to the corrosive medium. The recovery of the eroded region is made by applying a "lining" of AISI 316L steel. Although steel AISI 316L ensure good corrosion resistance naphthenic, cracks appear in the heat affected zone of the weld (HAZ) after a certain period of operation of the unit, metallurgical problems associated with the HAZ and the efforts of expansion and contraction of conjnto " lining "of the tower and wall. An alternative would be the application of a "lining" of AISI 444 steel having corrosion resistance comparable to the AISI 316L steel and the thermal expansion coefficient closer to the coefficient of the material itself of the tower. However, are not yet known effects on the performance of the steel in the conditions of operation of the tower. In this work we studied the feasibility of applying a "lining" steel AISI 444 for the recovery of the distillation tower to replace the steel AISI 316L. Thus, we evaluated the conditions of embrittlement of AISI 444 in the maximum temperature of the tower (about 400  C) and temperature of 475  C, by measuring the Brinell hardness and Charpy impact test-V. Specimens of AISI 444 and AISI 316L welded onto steel plates ASTM A516 Gr60 were subjected to thermal fatigue cycles and after each cycle (20 in all), passed an inspection to check for cracks. Soon after it was made microstructural characterization of ZAC. Also samples were taken after the thermal fatigue tests in order to undergo treatment in oil at a temperature of 300  C. After treatment in oil, the samples underwent an evaluation in the scanning electron microscope. Were measured masses of the samples before and after treatment in oil to determine the weight loss caused by the corrosive environment. The results indicate that the subjection of the AISI 444 steel to thermal treatment at temperatures 400-475  C, causes embrittlement of the same and increasing the temperature of transition ductile brittle to values ​​above 30  C but below 60  C. The AISI 316L and AISI 444 do not exhibit cracks after the tests and Thermal Fatigue or after treatment in oil. The use of steel AISI 444 may represent a cost savings in the charts of distillation towers since it showed the lowest corrosion rates than steel AISI 316L.

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