Aço S135: Propriedades e Principais Aplicações em Tubo de Perfuração

Aço S135, classificado como um aço de liga de carbono médio, é utilizado principalmente na fabricação de tubos de perfuração para a indústria de petróleo e gás. Este grau de aço é caracterizado por sua alta resistência e tenacidade, tornando-o adequado para aplicações exigentes em ambientes adversos. Os principais elementos de liga no aço S135 incluem carbono, manganês e cromo, que contribuem para suas propriedades mecânicas e desempenho geral.

Visão Geral Abrangente

O aço S135 é projetado especificamente para uso em tubos de perfuração, onde deve suportar altos níveis de estresse e fadiga durante as operações de perfuração. O teor médio de carbono proporciona um equilíbrio entre resistência e ductilidade, permitindo que o aço suporte as cargas dinâmicas encontradas em aplicações de perfuração. A adição de manganês aumenta a dureza e melhora a resistência ao desgaste, enquanto o cromo contribui para a resistência à corrosão e à tenacidade geral.

Vantagens do Aço S135:
- Alta Resistência: O aço S135 apresenta excelente resistência à tração e limite de escoamento, tornando-o adequado para aplicações de perfuração profunda.
- Boa Tenacidade: A tenacidade do aço garante que ele possa absorver energia e resistir a fraturas sob carregamentos de impacto.
- Resistência à Corrosão: Os elementos de liga proporcionam um certo grau de resistência a ambientes corrosivos, o que é crítico em aplicações de petróleo e gás.

Limitações do Aço S135:
- Custo: Comparado a aços de menor grau, S135 pode ser mais caro devido aos seus elementos de liga e requisitos de processamento.
- soldabilidade: Embora o S135 possa ser soldado, requer uma consideração cuidadosa dos tratamentos térmicos pré e pós-solda para evitar fraturas.

Historicamente, o aço S135 desempenhou um papel significativo no desenvolvimento de tecnologias de perfuração, fornecendo a resistência e durabilidade necessárias para as operações de perfuração modernas. Sua posição no mercado está bem estabelecida, particularmente em regiões com extensas atividades de exploração de petróleo e gás.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização Padrão	Designação/Grau	País/Região de Origem	Notas/Comentários
UNS	S13500	EUA	Equivalente mais próximo ao API 5DP
API	135	EUA	Padrão para tubo de perfuração
ASTM	A53	EUA	Propriedades similares, mas não especificamente para aplicações de tubo de perfuração
EN	10225	Europa	Diferenças composicionais menores
JIS	G3444	Japão	Aplicações similares em uso estrutural

A tabela acima destaca os vários padrões e equivalentes para o aço S135. Embora alguns graus possam parecer similares, diferenças sutis na composição podem afetar o desempenho, particularmente em aplicações de alta tensão, como perfuração. Por exemplo, enquanto o API 5DP é um padrão para tubo de perfuração, o S13500 é especificamente adaptado para propriedades mecânicas aprimoradas.

Propriedades Principais

Composição Química

Elemento (Símbolo)	Faixa de Percentagem (%)
Carbono (C)	0,28 - 0,34
Manganês (Mn)	0,60 - 0,90
Cromo (Cr)	0,20 - 0,40
Fósforo (P)	≤ 0,025
Enxofre (S)	≤ 0,025

Os principais elementos de liga no aço S135 desempenham papéis cruciais:
- Carbono: Aumenta a dureza e resistência, mas pode reduzir a ductilidade se muito alto.
- Manganês: Aumenta a dureza e resistência ao desgaste, crítico para aplicações de tubo de perfuração.
- Cromo: Melhora a resistência à corrosão e a tenacidade geral, essencial para a durabilidade em ambientes adversos.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor/T intervalo Típico (Métrico)	Valor/T intervalo Típico (Imperial)	Padrão de Referência para Método de Teste
Resistência à Tração	Endurecido & Temperado	620 - 700 MPa	90 - 102 ksi	ASTM E8
Resistência ao Escoamento (0,2% de desvio)	Endurecido & Temperado	450 - 550 MPa	65 - 80 ksi	ASTM E8
Alongamento	Endurecido & Temperado	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Dureza (Rockwell)	Endurecido & Temperado	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Resistência ao Impacto	-	40 J a -20°C	29,5 ft-lbf a -4°F	ASTM E23

As propriedades mecânicas do aço S135 tornam-no particularmente adequado para aplicações que requerem alta resistência e tenacidade. A combinação de alta resistência à tração e limite de escoamento permite que ele suporte carregamentos mecânicos significativos, enquanto o alongamento e resistência ao impacto garantem que ele possa absorver energia sem fraturar.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
Densidade	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Ponto de Fusão	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Condutividade Térmica	20°C	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·ft²·°F
Capacidade Calorífica Específica	20°C	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F

Propriedades físicas importantes, como densidade e condutividade térmica, são significativas para aplicações que envolvem transferência de calor e integridade estrutural. A densidade do aço S135 indica sua robustez, enquanto sua condutividade térmica sugere capacidades moderadas de transferência de calor, que podem ser cruciais em operações de perfuração onde a gestão da temperatura é essencial.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C/°F)	Avaliação de Resistência	Notas
Cloretos	3-5	25°C/77°F	Regular	Risco de corrosão por pite
Ácido Sulfúrico	10	20°C/68°F	Pobre	Não recomendado
Atmosférico	-	Varies	Bom	Resistência moderada

O aço S135 apresenta resistência regular a cloretos, que é crucial em ambientes de perfuração em alto-mar. No entanto, seu desempenho em condições ácidas é pobre, exigindo consideração cuidadosa quando usado em tais ambientes. Comparado a outros graus, como o API 5L X65, que oferece melhor resistência à corrosão, o S135 pode necessitar de medidas de proteção adicionais em ambientes altamente corrosivos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temp. Máx. de Serviço Contínuo	400°C	752°F	Adequado para calor moderado
Temp. Máx. de Serviço Intermitente	500°C	932°F	Apenas exposição a curto prazo
Temperatura de Escamação	600°C	1112°F	Risco de oxidação em altas temperaturas

O aço S135 mantém suas propriedades mecânicas até temperaturas moderadas, tornando-o adequado para aplicações em que o calor é um fator. No entanto, em temperaturas superiores a 400°C, o risco de oxidação e escamação aumenta, o que pode comprometer a integridade do material.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Reposição Recomendado (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típico	Notas
SMAW	E7018	Argônio + CO2	Pré-aquecimento recomendado
GMAW	ER70S-6	Argônio	Tratamento térmico pós-solda necessário

O aço S135 pode ser soldado usando vários métodos, mas requer atenção cuidadosa aos tratamentos térmicos pré e pós-solda para evitar fraturas. O uso de metais de enchimento de baixo hidrogênio é recomendado para manter a integridade da solda.

Usinabilidade

Parâmetro de Usinagem	Aço S135	AISI 1212	Notas/Dicas
Índice Relativo de Usinabilidade	60%	100%	S135 é mais difícil de usinar
Velocidade de Corte Típica	30 m/min	50 m/min	Use ferramentas de metal duro para melhores resultados

A usinabilidade do aço S135 é moderada, requerendo ferramentas e velocidades de corte apropriadas para alcançar resultados ótimos. O maior teor de carbono pode levar ao aumento do desgaste da ferramenta, exigindo o uso de ferramentas de corte de alta qualidade.

Formatabilidade

O aço S135 apresenta formabilidade moderada, adequada para processos de conformação a frio e a quente. No entanto, devido ao seu teor médio de carbono, pode experimentar encruamento durante a conformação a frio, o que pode limitar a extensão da deformação sem fraturar. Os raios de dobra recomendados devem ser respeitados, garantindo que o material não exceda seus limites durante as operações de conformação.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Faixa de Temperatura (°C/°F)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Principal Objetivo / Resultado Esperado
Recozimento	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 horas	Ar	Melhorar a ductilidade e reduzir a dureza
Endurecimento	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 minutos	Óleo	Aumentar a dureza e resistência
Tempera	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 hora	Ar	Reduzir a fragilidade e melhorar a tenacidade

Os processos de tratamento térmico influenciam significativamente a microestrutura e as propriedades do aço S135. O endurecimento aumenta a dureza, enquanto a tempera ajuda a aliviar tensões e melhorar a tenacidade, tornando-o adequado para aplicações de alta tensão.

Aplicações Típicas e Usos Finais

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção (Resumo)
Petróleo e Gás	Pipes de perfuração	Alta resistência à tração, tenacidade	Necessária para perfuração profunda
Mineração	Pipes de revestimento	Resistência à corrosão, resistência	Durabilidade em condições rigorosas
Construção	Componentes estruturais	Alta resistência, soldabilidade	Essencial para integridade estrutural

O aço S135 é predominantemente utilizado na indústria de petróleo e gás para tubos de perfuração, onde sua alta resistência e tenacidade são críticas. Além disso, encontra aplicações na mineração e na construção, onde a durabilidade e resistência a ambientes rigorosos são primordiais.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Outras Informações

Características/Propriedade	Aço S135	API 5L X65	AISI 4140	Observação Breve sobre Prós/Contras ou Troca
Propriedade Mecânica Chave	Alta resistência	Resistência moderada	Alta resistência	S135 oferece melhor tenacidade
Aspecto de Corrosão Chave	Resistência regular	Boa resistência	Resistência regular	API 5L X65 é melhor para ambientes corrosivos
Soldabilidade	Moderada	Boa	Boa	S135 requer tratamento cuidadoso
Usinabilidade	Moderada	Boa	Moderada	S135 é mais difícil de usinar
Custo Aproximado Relativo	Moderado	Moderado	Baixo	O custo varia conforme a aplicação
Disponibilidade Típica	Comum	Comum	Comum	Amplamente disponível na indústria

Ao selecionar o aço S135 para aplicações específicas, considerações como custo, disponibilidade e propriedades mecânicas são cruciais. Embora o S135 ofereça excelente resistência e tenacidade, sua soldabilidade e usinabilidade podem apresentar desafios. Comparativamente, graus como API 5L X65 oferecem melhor resistência à corrosão, tornando-os adequados para diferentes ambientes.

Em conclusão, o aço S135 é um material vital na indústria de petróleo e gás, oferecendo uma combinação única de resistência, tenacidade e resistência à corrosão moderada. Suas propriedades o tornam adequado para aplicações exigentes, mas a consideração cuidadosa de suas limitações e propriedades de fabricação é essencial para um desempenho ideal.