Avaliação da nitretação a plasma aplicada a esferas de aço inoxidável para válvulas industriais

Abstract

Mudanças tecnológicas ocorrem a todo o momento, cada vez mais rápido e em todos os setores. Dessa forma, não seria diferente na exploração de petróleo. A busca por novos produtos ou simples mudanças que geram resultados significativos é um dos pilares de sustentação para a obtenção de ganhos em processos produtivos. Válvulas industriais desempenham um papel importante na indústria de exploração de petróleo, sendo um dos recursos tecnológicos sempre utilizados nas diferentes aplicações do setor. Estes dispositivos são responsáveis por realizar a abertura e fechamento para a passagem de fluidos em alta temperatura e pressão e são projetados para suportarem 20 anos de vida em serviço, seus componentes internos, construídos em aços inoxidáveis, necessitam apresentar propriedades como elevada resistência ao desgaste e corrosão. Tratamentos de nitretação são processos tecnológicos capazes de proporcionar em aços inoxidáveis o aumento de resistência ao desgaste e de dureza superficial, podendo proporcionar elevada vida útil dos componentes tratados. Desta forma, a proposta deste trabalho é realizar a nitretação a plasma nas esferas utilizadas nas válvulas com o intuito de obterem-se as melhorias desejadas. Para avaliar a influência dos tratamentos de nitretação foram realizados tratamentos em amostras cilíndricas e em esferas utilizadas nas válvulas industriais, as variáveis de processo foram temperatura de 400 °C e 500°C, mistura gasosa de 76% nitrogênio e 24% hidrogênio e tempo de tratamento de 5 horas. Nos corpos de prova foram realizados ensaios de microdureza superficial, corrosão, desgaste e perfil de microdureza. Nas esferas foram realizados ensaios de ciclagem. Os testes nos corpos de prova revelaram ganhos significativos em relação a desgaste e dureza. O material ASTM grau CA15 reduziu sua taxa de desgaste em 55%, o ASTM grau CF8 em 42% e o ASTM grau CF8M em 39%. Na dureza o acréscimo foi de 60% para o CA 15, 8% para o CF8 e 5% para o CF8M. Em contrapartida, a corrosão teve um leve aumento nos materiais nitretados, sendo de 12% para o CA15, 10% para o CF8 e 14% para o CF8M. Os ensaios de ciclagem demonstram resultados muito próximos do que os materiais de válvulas são submetidos em sua vida útil em serviço e, após 2000 ciclos, os materiais nitretados apresentam desempenho adequado para sua utilização em válvulas industriais.

Technological changes are happening every moment, faster and faster in all sectors. Therefore, it would not be seriously different in oil exploration. A search for new products or simple changes that yield results is one of the pillars of product process gains. Industrial valves play an important role in the oil exploration industry, being one of the technological resources always used in the different applications of the sector. These devices are responsible for opening and closing a fluid passage at high temperature and pressure and are designed to withstand 20 years of service life, their internal components, made of stainless steel, which are exposed to damage. caused by wear and corrosion. Nitriding treatments are technological processes capable of providing increased wear resistance and surface hardness in stainless steels, and can provide long service life of treated components. Thus, the purpose of this work is to perform plasma nitriding on the balls used in the valves in order to obtain the desired improvements. To evaluate the influence of nitriding treatments were performed treatments in cylindrical samples and spheres used in industrial valves, the process variables were temperature of 400 ° C and 500 ° C, gas mixture of 76% nitrogen and 24% hydrogen and time of treatment. 5 hour treatment. The specimens were tested for surface microhardness, corrosion, wear and microhardness profile. In the spheres cycling tests were performed. Testing on specimens revealed significant gains in wear and hardness. ASTM grade CA15 material reduced its wear rate by 55%, ASTM grade CF8 by 42% and ASTM grade CF8M by 39%. In hardness the increase was 60% for CA 15, 8% for CF8 and 5% for CF8M. In contrast, corrosion had a slight increase in nitrided materials, being 12% for CA15, 10% for CF8 and 14% for CF8M. Cycling tests demonstrate results very close to what valve materials undergo in their service life and, after 2000 cycles, nitrided materials perform well for use in industrial valves.