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No emprego dos aços a temperaturas abaixo de zero, deve-se considerar dois grupos de ligas:
- aços para serviço a baixa temperaturas, envolvendo temperaturas até -100°C, típicas de gases liquefeitos como propana, amônia anidra, dióxido de carbono e etana;
- aços criogênicos propriamente ditos, para serviço envolvendo temperaturas até -273°C, típicas de gases liquefeitos como metana, oxigênio, nitrogênio, argônio, hidrogênio e hélio.
A importância desses aços criogênicos é muito grande, pois praticamente em todos os setores industriais eles podem ser utilizados, devendo-se salientar a indústria aeroespacial, as indústrias químicas, a indústria petroquímica, a indústria de gás natural, a de armazenamento e transporte de gases liquefeitos etc.
As Tabelas 149 e 150 apresentam uma relação de aços empregados em baixas temperaturas e aços do tipo criogênico, com as propriedades mecânicas respectivas.
Tabela 149 – Composição nominal e propriedades mínimas de tração de aços-carbono e aços-liga de baixa temperatura e criogênicos
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Tabela 150 – Composição nominal e mínimas propriedades de tração de aços inoxidáveis criogênicos na forma de chapas
(Clique na Tabela para ampliá-la)
Inicialmente, as propriedades mecânicas de maior significado aparente estão representadas nessas Tabelas. Contudo, certos característicos físicos, tais como baixa condutibilidade térmica, baixa emissividade, baixo coeficiente de dilatação térmica e pureza do material podem ser importantes em vasos de armazenamento, linhas de transferência a vácuo e outros componentes de sistemas para temperaturas abaixo de zero.
Finalmente, nesses empregos a temperatura muito baixa, deve-se considerar o fenômeno conhecido como “temperatura de transição”, ou seja, passagem da fratura dúctil para fratura frágil, determinada por ensaio de choque, sobretudo em aplicações de armazenamento e transporte de gases liquefeitos.
3.1 – Temperatura de transição
Os aços-carbono comuns, de estrutura ferrítico ou ferrítico-perlítica, podem apresentar fraturas dúcteis ou frágeis, ou seja, sua deformação pode ocorrer por movimento de discordâncias, com grande deformação e elevada plasticidade, ou por clivagem, com menor plasticidade.
Por outro lado, num mesmo aço, têm-se, em função da temperatura, uma mudança, às vezes brusca, em temperaturas mais baixas, de fratura dúctil para fratura frágil. A temperatura em que ocorre esse fenômeno é chamada temperatura de transição (TR na Fig. 199) (281).
Ocorrendo o fenômeno às temperaturas normais, ele se torna muito grave; o efeito dos entalhes é muito grande, pois desloca a curva “resistência o choque-temperaturA” para temperaturas mais elevadas, podendo então verificar-se fratura frágil.
Fig. 199 – Transição de fratura dúctil a frágil, em função da queda da temperatura.
Fig. 200 – Curvas esquemáticas de transição resistência ao choque-temperatura: aço A, transição elevada, além de 30°C; aço B, de transição mais baixa, cerca de 10°C; aço C, de transição em torno de 0°; aço D, sem transição, ou seja, somente lenta queda de resistência ao choque com a diminuição da temperatura.
Tabela 151 – Composição de aços-liga, cujas curvas de transição “fratura dúctil- fratura frágil” estão representadas na Figura 202.
Fig. 201 – Deslocamento das curvas resistência ao choque-temperatura em função do teor de carbono em aços-carbono comuns, sem elementos de liga.
A figura 202 apresenta curvas esquemáticas “resistência ao choque-temperatura” para quatro tipos de aços. Pelo seu exame, conclui-se que o aço tipo D é o melhor; o aço B é mais seguro que o aço A e o aço C pode ser levado em conta para certas aplicações. A Fig. 201 (281) indica a influência do teor de carbono sobre as curvas “resistência ao choque-temperatura” de aços-carbono, sem elementos de liga, no estado normalizado.
A Fig. 202 mostra a transição fratura dúctil e fratura frágil para vários aços-liga, cuja composição é dada na Tabela 151 (281).
Fig. 202 – Transição fratura dúctil-fratura frágil para vários aços-liga.
