Os processos de produção de óleo e gás variam com base no ambiente de exploração, mas as principais etapas têm-se mantido relativamente constantes ao longo do tempo. No caso da indústria offshore, o petróleo é encontrado no oceano em reservatórios a grandes profundidades e é extraído através de tubulações de pequeno diâmetro e alta pressão juntamente com outros gases e água. Uma vez que a mistura de óleo atinge a superfície do leito do oceano, passa por uma cabeça de poço e, em seguida, é conduzido por tubulações de diâmetro maior em baixa pressão, até que atinja um vaso separador. No reservatório de separação os gases sobem para a parte superior, a água flui para o fundo, e o óleo se separa no meio. O gás é re-injetado de volta para o reservatório, refinado e comercializado, ou pode ainda ser queimado, a água é enviada de volta para o reservatório e o óleo é então enviado por dutos para as refinarias (PENN STAINLESS PRODUCTS, 2013).
São diversos os equipamentos aplicados tanto no processo de produção quanto nas próprias plataformas de petróleo cujos materiais principais são os aços inoxidáveis e as ligas de níquel. O uso mais comum é para aplicações estruturais, como suporte de componentes que sustentam as plataformas, assim como dutos submersos, tanques de armazenamento, tubos de sucção e transporte e válvulas (JAVAHERDASHTI; NWAOHA; TAN, 2013, p. 186). Na Figura 1 são apresentados alguns componentes utilizados no setor e os aços aplicados.
Figura 1 - Aplicações para os aços inoxidáveis na indústria de O&G
Fonte: (KOSCHEL; MANTEL; LE GUENNEC, 2010)
Materiais para aplicação em ambiente marinho são selecionados para manter a integridade das estruturas, sendo suficientemente robustos para suportar o ambiente e as condições operacionais solicitadas. Os aços inoxidáveis são os materiais mais utilizados para esta aplicação por terem propriedades anticorrosivas e boas propriedades mecânicas e menores custos que as ligas de níquel. A contribuição mais significativa com relação às propriedades mecânicas e anticorrosivas necessárias para a aplicação neste segmento foi o aço inoxidável Super Duplex (aço com propriedades melhoradas em relação ao duplex, porém ainda de elevado custo). Estes aços têm sido frequentemente utilizados nas estruturas offshore em detrimento de outros tipos de aços inoxidáveis. O valor deste aço consiste na combinação entre as boas propriedades mecânicas dos mais comuns aços inoxidáveis austeníticos com a alta resistência à corrosão dos aços inoxidáveis ferríticos. Outras características incluem a possibilidade de serem utilizados em altas temperaturas mantendo suas características anticorrosivas superiores (INTERNATIONAL STAILESS STEEL FORUM, 2013).
Neste sentido, os equipamentos para as operações offshore, como plataformas e sistemas de prospecção de óleo e gás, por exemplo, pedem materiais de alto valor agregado, solicitando altos investimentos para sua instalação e manutenção. Estes equipamentos são projetados para permanecer em funcionamento durante mais de 30 anos, expostos em ambientes de difícil acesso e altas temperaturas, onde os reparos e manutenção são difíceis e caros. A corrosão, em ambiente marinho de águas profundas, ocorre em condições muito específicas e é caracterizada, principalmente, pela ausência de O2, pela presença de gases como CO2 e H2S, microorganismos e grande quantidade de cloretos dissolvidos na água. É a
principal causa de deterioração de equipamentos e instalações industriais neste segmento, assim como paradas de produção e prejuízos financeiros (WINTERMARK, 1984)
Para enfrentar esses problemas e oferecer melhores soluções, outros desenvolvimentos têm sido conduzidos por siderúrgicas de todo o mundo, intensificando o estudo do comportamento de ligas resistentes à corrosão ao mesmo tempo em que buscam menores custos do produto final, resultando em boas opções, como por exemplo, os aços inoxidáveis martensítico, super martensítico e os aços inoxidáveis austeníticos com elevado teor de manganês (NEWMAN, 2001; RODRIGUES et al., 2004).
Os principais aços utilizados no segmento são normatizados internacionalmente com patentes já de domínio público como apresentado na Tabela 4.
Tabela 4 - Os principais tipos de aços aplicados na indústria offshore
N ORMA I N TERN ACI ON AL DESCRI ÇÃO D AS PROPRI EDADES E APLI CAÇÕES
SAE 8630
Ut ilizado na fabricação de peças de dim ensões m édias que necessitam de m édia resist ência m ecânica com boa soldabilidade e elevada t enacidade, part icularm ente na indústria de exploração de petróleo
SAE 4130 / DI N 1.7218
Ut ilizado na fabricação de peças de m enor dim ensão e/ ou que exij am m aterial de boa soldabilidade e elevada tenacidade, part icularm ent e na indústria de exploração de petróleo.
SAE 4140 / DI N 1.7225
Ut ilização na fabricação de peças de dim ensões m édias, que necessitam de m édia resistência m ecânica, para as indúst rias de exploração de petróleo, siderúrgica e de bens de capital.
SAE 4145H
SAE 4145H Encontra grande aplicação na fabricação de ferram entas de perfuração de petróleo ( Estabilizadores ( Stabilizers) e Com andos Magnét icos ( Magnet ic Drill Collars) .
ASTM A564 ( 17- 4 PH) / DI N 1.4552 / DI N 1.4548
Apresenta excelente com binação de soldabilidade, alt a resist ência m ecânica e resist ência à corrosão, com grande estabilidade dim ensional. Ut ilizado em peças de aeronaves, equipam entos de cam pos de petróleo e num erosas aplicações.
XM- 12 / ( 15- 5 PH) / 1.4540
É usado em aplicações onde se exige alt a resistência e tenacidade na direção t ransversal, tais com o partes de válvulas, engrenagens, indústrias quím icas, papel, com ponentes aeronáut icos e com ponentes de reatores nucleares.
EN 10088 / Wnr.1.4460 / SI S SS 14 23 24 / 1.4462
Aço inoxidável austeno- ferrít ico ( duplex ) . Aplicação geral em indústrias quím icas e pet roquím icas.
E N 10088 / 1.4462 Aço inoxidável austeno- ferrít ico ( duplex ) . Aplicação geral em indústrias quím icas, pet roquím icas e de petróleo. ASTM A 182 grau F55 UNS S32760 WNr.
X2CrNiMoCuWN 25- 7- 4
Aço inoxidável superduplex que com bina alta resistência à corrosão com elevadas propriedades m ecânicas. Aplicação geral na indústria quím ica e petroquím ica, indúst ria de papel e celulose. ASTM A 182 grau F53 UNS S32750 WNr.
1.4410 DI N X2CrNiMoN25- 7-
Aço inoxidável do grupo dos superduplex que com bina alta resistência m ecânica e excelente resistência ao trincam ent o por corrosão sob tensão e ao ataque por pite e fresta. Aplicações na indústria quím ica e petroquím ica.
ASTM B446 / UNS N06625 / DI N 17744 /
WNr.2.4856 Larga aplicação nas indústrias quím ica e pet roquím ica. AMS 5662
Largam ente em pregada na indústria aeroespacial ( com ponent es de turbinas a gás) .
Usada tam bém em ferram entarias para trabalho a quente e em com ponentes para a indúst ria de petróleo, que operam em tem peraturas sub- zero.
Novos desenvolvimentos vão ao encontro às principais falhas dos materiais mais empregados, buscando melhores soluções para evitá-las. Além disso, o elevado custo dos materiais mais nobres, como o Super Duplex, levam os responsáveis por essas aplicações críticas a buscarem opções entre os produtores mundiais, substituindo tais aços por outros com propriedades semelhantes e menor custo. No entanto, aplicações severas como equipamentos constantemente submersos em águas marinhas a baixas temperaturas e sob grandes pressões, por exemplo, pedem produtos mais nobres e de difícil substituição. Neste cenário, poucas são as siderúrgicas no mundo capazes de fornecer tais produtos com reconhecida qualidade, além de manter constante pesquisa e desenvolvimento na busca por diferenciação em um mercado restrito, com empresas de grande capacidade técnica e know- how acumulado (ROSA et al., 2013).