Instituto Superior de Engenharia do Porto Caracterização mecânica e análise da resistência à ...

149 Pages·2012·10.05 MB·Portuguese

Instituto Superior de Engenharia do Porto 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOTÉCNICA  

Caracterização mecânica e análise da resistência à corrosão 
em diferentes solos, de aços inoxidáveis duplex 

Elsa Marina Campos Tavares Monteiro de Pinho 

2012
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Instituto Superior de Engenharia do Porto 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOTÉCNICA 

Caracterização mecânica e análise da resistência à corrosão 
em diferentes solos, de aços inoxidáveis duplex 

Elsa Marina Campos Tavares Monteiro de Pinho 

1870007 

Dissertação apresentada ao Instituto Superior de Engenharia do Porto 
para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de 
Mestre em Engenharia Geotécnica e Geoambiente, realizada sob a 
orientação  do  Doutor  Francisco  José  Gomes  da  Silva,  Professor 
Adjunto do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP e Co‐
Orientação do Doutor João Paulo Meixedo dos Santos Silva, Professor 
Adjunto do Departamento de Engenharia Geotécnica do ISEP. 

2012

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Júri 

Presidente  Doutor Helder Gil Iglésias de Oliveira Chaminé 
Professor Coordenador com Agregação, Instituto Superior de Engenharia do Porto 

Doutor Francisco José Gomes da Silva 
Professor Adjunto, Instituto Superior de Engenharia do Porto 

Doutor João Paulo Meixedo dos Santos Silva 
Professor Adjunto, Instituto Superior de Engenharia do Porto 

Doutor José Augusto Abreu Peixoto Fernandes 
Professor Coordenador, Instituto Superior de Engenharia do Porto 

Doutor Rui Pedro Cardoso da Silva Martinho 
Professor Adjunto, Escola Superior de Estudos Industriais e de Gestão 

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Agradecimentos

Gostaria de expressar o meu reconhecimento a todos os que contribuíram para a realização 
deste trabalho. Atendendo à importância da sua contribuição, devo destacar a colaboração das
seguintes individualidade e instituições: 
 Ao Professor Doutor Francisco José Gomes da Silva, pela valiosíssima orientação, pelo 
apoio técnico concedido, pela paciência e incentivo constante, apesar das minhas
limitações. Sem a sua preciosa ajuda, a conclusão deste trabalho não seria possível. 
 Ao Professor Doutor João Paulo Meixedo Santos Silva, pela ajuda concedida, pelo apoio
técnico e amizade de longa data. 
 À  OUTOKUMPU,  representada  pelo  Dr.  Rui  Paulo,  pela  doação  das  amostras  do 
material em estudo. 
 Ao Dr. Hugo Cordeiro, funcionário da OUTOKUMPU, pela simpatia e disponibilidade 
constante na entrega das amostras do material em estudo. 
 À  empresa  Metalomecânica  ARSOPI,  pela  disponibilização  de  ajuda  técnica  e
competente no tratamento dos provetes para o ensaio à Corrosão, bem como pela
autorização da realização do referido ensaio nas suas instalações. 
 Ao Engenheiro Manuel Bexiga, Diretor da Qualidade da ARSOPI, pelo conhecimento 
técnico, pela paciência e disponibilidade em me atender.   
 Ao Sr. Rui Castelões, Diretor do Centro de Formação Profissional da ARSOPI, pela
tolerância demonstrada e pelo incentivo constante. 
 Ao pessoal do Centro de Formação Profissional, Sr. Luís e Cláudia, pela paciência e
ajuda nos momentos difíceis. 
 Aos Engenheiros Vitor Ribeiro e Victor Moreira, das Oficinas Mecânicas do ISEP, pela 
elaboração de todos os provetes necessários à realização dos ensaios. 
 Ao pessoal do Laboratório de Tribologia da FEUP, nomeadamente o Engenheiro Jorge
Seabra, pela ajuda na realização dos ensaios de Desgaste Abrasivo. 
 À Engenheira Rafaela Casais, Coordenadora da Licenciatura em Engenharia Mecânica
da ESEIG pela simpatia, amizade e disponibilização do uso do Laboratório de Materiais 
para a realização dos ensaios de impacto e observação metalográfica. 
 À Professora Doutora Ana Cristina Meira Castro pela disponibilização do equipamento 
utilizado na realização dos ensaios de determinação de pH, teor de matéria orgânica e 
condutividade, bem como na preciosíssima ajuda na realização dos mesmos ensaios. 
 Ao Laboratório de Geotecnia e Materiais de Construção doDEG,pelasfacilidades  
concedidas na realização de ensaios específicos. 

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 À Engenheira Fátima Andrade, pela preciosíssima ajuda na realização da maior parte dos 
ensaios práticos deste trabalho. Pela sua paciência, disponibilidade, incentivo e amizade, 
o meu sincero agradecimento. 
 À minha amiga de longa data, Luísa Félix, pela paciência em escutar os meus desabafos e 
pelo incentivo constante. Muito Obrigada. 
 Ao meu marido Jorge Guilherme, sem a sua contribuição, nada seria possível. Aos meus 
filhos Pedro Xavier e David Guilherme, pela privação de convívio e atenção que lhes 
causei. 

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Palavras‐chave 
Aço  Duplex,  Propriedades  Mecânicas,  Resistência  à  Corrosão,  Micro‐Abrasão,  Meio 
ambiente, Solos 

Resumo 

O aço inoxidável é um material de alta durabilidade e resistência, utilizado nos mais 
diversos setores comerciais. O conhecimento das suas características e propriedades é
essencial para uma escolha mais seletiva e vantajosa. 
Pretende‐se com este trabalho, estudar as propriedades mecânicas, a resistência ao
desgaste e o comportamento, em ambientes mais agressivos de três tipos de aços 
inoxidáveis duplex, produzidos pela OUTOKUMPU e comercialmente conhecidos pelas 
designações LDX 2101, SAF 2507 e o SAF 2205. 
Para tal efeito foram realizados ensaios de Dureza Vickers, antes e após dobragem; 
ensaios de tracção em duas diferentes situações: seguindo a norma NP EN 10002‐
1:2006 e após a realização de alguns ciclos de carga e descarga; ensaio de Impacto à 
temperatura  ambiente  e  após  arrefecimento  criogénico;  ensaio  de  resistência  à 
corrosão. Também foi feito o estudo de resistência ao desgaste com base na técnica de
micro‐abrasão por esfera rotativa e o estudo metalográfico. 
Foi também objetivo deste trabalho, relacionar o uso dos referidos aços duplex e as
consequências  que  esse  uso  tem  para  o  meio  ambiente,  bem  como  o  seu 
comportamento  quando  exposto  a  condições  extremas.  Para  tal,  foram  colocadas 
amostras dos referidos aços, em dois tipos de solos com condições de humidade e
acidez  diferentes  analisando  o  seu  estado  após  imersão  em  solo  com  condições
controladas durante 272 dias. 

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Keywords 

  Duplex Stainless Steel, Mechanical properties, Corrosion resistance, Micro‐abrasion, 
Environment, Soils 

Abstract 

Stainless steel is a material with extreme large durability and resistance, being used in 
several commercial fields. Complete knowledge about its characteristics and properties
is crucial to take advantage in the selection process. 
In this work the author intends to explore the mechanical properties, wear resistance
and behavior when exposed to aggressive environmental conditions of duplex stainless
steels  produced  by  OUTOKUMPU  and  commercialized  under  the  following  brand
names: LDX 2101, SAF 2507 and SAF 2205. 
In order to pursue the objectives above, several tests were carried out as such Vickers 
hardness before and after bending (trying to analyze work hardening effects); tensile
tests under two different situations: following the standard NP EN 10002‐1:2006 and 
after some load‐unload cycles; impact tests at room and cryogenic temperatures;
corrosion resistance tests. Studies about wear resistance based on micro‐abrasion wear 
test configuration, as well as metallographic analysis were also carried out. 
The resistance of these materials under severe environmental conditions was also
analyzed, trying to predict the behavior of the duplex stainless steel when applied in
buried pipes. Thus, some samples of these steels were submerged in two kinds of soil
under humidity and acidity controlled conditions and their surface and lost mass were
analyzed after 272 days of immersion. 

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