Imagine operar equipamentos em temperaturas extremas, superiores a 700°C, sob pressão intensa. Que material pode garantir um desempenho seguro e estável em condições tão exigentes? A resposta está no aço liga à base de níquel. Com sua excepcional resistência à fluência e alta resistência, este material avançado tornou-se indispensável para aplicações industriais desafiadoras.

O aço liga à base de níquel é composto principalmente por níquel como o principal elemento de liga, aprimorado com elementos adicionais como cromo, molibdênio e ferro para otimizar suas propriedades. Comparado aos aços convencionais, ele oferece várias vantagens distintas:

• Resistência a Altas Temperaturas e Resistência à Fluência: Mantém uma resistência excepcional em temperaturas elevadas, resistindo à deformação por fluência, tornando-o ideal para aplicações em altas temperaturas.
• Resistência Superior à Corrosão: Demonstra excelente resistência a ambientes corrosivos, incluindo ácidos, álcalis e sais, garantindo durabilidade a longo prazo.
• Excelente Soldabilidade: Facilita a fabricação de componentes estruturais complexos por meio de processos de soldagem confiáveis.
• Desempenho em Baixas Temperaturas: Certos graus mantêm boa tenacidade mesmo em condições criogênicas, expandindo sua gama de aplicações.

A tecnologia Ultra-Supercrítica Avançada representa um avanço na eficiência da geração de energia e na redução de emissões. As usinas A-USC operam com parâmetros de vapor superiores a 700°C, exigindo materiais com características de desempenho extraordinárias. O aço liga à base de níquel tornou-se essencial para a fabricação de turbinas A-USC.

Design Convencional: Turbinas A-USC de 1000MW normalmente empregam uma configuração TC4F com quatro carcaças: uma carcaça de pressão muito alta (VHP) de fluxo único, carcaça de alta pressão (HP), carcaça de pressão intermediária (IP) de fluxo duplo e duas carcaças de baixa pressão (LP) de fluxo duplo. A carcaça VHP opera a uma pressão de 35MPa.

Design Modificado: Alguns projetos combinam as carcaças VHP e HP em uma única unidade para reduzir o comprimento total e o uso de material, embora isso comprometa um pouco a eficiência e a estabilidade do rotor.

Design A-USC de 700MW: Essas turbinas normalmente integram carcaças HP e IP. Os sistemas de resfriamento são estrategicamente colocados na carcaça VHP e entre as carcaças HP/IP, com resfriamento adicional para as juntas de solda do rotor.

• Pás de Turbina HP e IP: As altas temperaturas de entrada e os requisitos de resistência tornam as ligas à base de níquel o material de escolha.
• Rotores: Essenciais para manter a resistência e a resistência à fluência em condições extremas.
• Carcaças de Turbina: Áreas de alta temperatura selecionadas das carcaças VHP e HP utilizam ligas à base de níquel.

Técnicas avançadas de resfriamento são empregadas para manter a integridade dos componentes:

• Resfriamento das Pás: Utiliza vapor resfriado do escapamento da turbina VHP e HP
• Resfriamento do Rotor: Resfriamento especializado das juntas de solda prolonga a vida útil

• Tubulação de Produção: Ligas à base de níquel fornecem resistência crítica à corrosão em poços de alta produção contra H2S, CO2 e cloretos.
• Carcaças de Compressores: Selecionadas para aplicações criogênicas onde os materiais convencionais se tornam frágeis.

Materiais como a Liga 600 e o aço inoxidável servem como componentes estruturais vitais em reatores, embora a fissuração por corrosão sob tensão (SCC) em ambientes de água em alta temperatura continue sendo um desafio que exige pesquisa contínua.

A excepcional resistência à corrosão torna essas ligas ideais para equipamentos que manuseiam meios químicos agressivos.

Os aços liga à base de níquel são categorizados por microestrutura e composição:

• Aços inoxidáveis martensíticos
• Aços duplex martensítico-ferríticos
• Aços inoxidáveis austeníticos
• Aços liga à base de níquel

Campo de Petróleo de Tarim: Implementou tubos resistentes à corrosão revestidos com composto com revestimentos internos AOC-2000T ou CK-54 para suportar temperaturas de 140°C e meios corrosivos, incluindo ácidos, álcalis, sais, Cl-, CO2 e H2S.

Campos de Gás Sulfuroso: Requer materiais especializados ou inibidores de corrosão para evitar SCC e corrosão eletroquímica em ambientes H2S/CO2.

SCC representa um mecanismo de falha significativo para ligas de níquel e aços inoxidáveis em ambientes específicos. Os estudos se concentram em:

• Mecanismos de dissolução/oxidação por deslizamento
• Processos de ordenamento cristalino relacionados à idade
• Tempo de iniciação e energia de ativação
• Efeitos da taxa de tensão/deformação
• Variações do potencial do eletrodo

Os aços liga à base de níquel continuam a possibilitar avanços tecnológicos em todos os setores que enfrentam condições operacionais extremas. O desenvolvimento futuro se concentrará em:

• Otimização do desempenho por meio do projeto de ligas
• Técnicas de fabricação avançadas
• Engenharia de aplicação expandida
• Melhor compreensão dos mecanismos de falha

À medida que as demandas industriais evoluem em direção a maior eficiência e ambientes mais desafiadores, esses materiais avançados desempenharão um papel cada vez mais vital no apoio ao progresso tecnológico, garantindo ao mesmo tempo a segurança e a confiabilidade operacional.