A Família dos aços inoxidáveis.

Ficha Técnica

A Família dos aços inoxidáveis

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   "MARTENSÍTICOS"

Nos aços inoxidáveis martinsíticos, o carbono está numa concentração tal que permite a formação de martensita, durante o resfriamento, a partir da austenita em altas temperaturas.

A martensita é uma fase rica em carbono, frágil e dura. Os aços inoxidáveis martinsíticos têm características comum de serem magnéticos e endurecíveis por tratamento térmico, apresentando, quando temperados, uma microestrutura acicular.

É importante observar que estes aços são normalmente fornecidos pela indústria siderúrgica em estado recozido, com ductilidade razoavelmente boa.

Somente depois de temperados é que se tornarão muito duros e pouco dúcteis - mas resistentes à corrosão.

O mais utilizado dos aços inoxidáveis martensíticos no Brasil é o tipo 420. Em estado recozido (estrutura ferrítica), não apresenta bom comportamento frente à corrosão atmosférica. Isto porque durante a operação de recozimento, à temperatura aproximada de 760ºC, o carbono e o cromo se combinam para formar carboneto de cromo, Cr₂₃C⁶. Cada molécula de carboneto de cromo contém, em peso, aproximadamente 95% de cromo. Considerando o alto teor de carbono e o baixo teor de cromo do inox 420 (aproximadamente 0,35% C e 12,50% Cr) - e como todo o carbono precipita como carboneto de cromo durante o recozimento, esta precipitação retirará da solução sólida aproximadamente a metade do cromo disponível. Nesta condição o material não resiste à corrosão e não pode ser considerado propriamente como um aço inoxidável (já que não tem um mínimo de 11% de cromo em solução sólida).

Por isso, o inox 420 é colocado em serviço pelo usuário somente após um tratamento de têmpera. Quando temperado, o carbono forma parte da fase martensítica, não sendo encontrado na liga precipitado como carboneto de cromo. A alta dureza e a conseqüente resistência ao desgaste norteiam as aplicações deste material, utilizado em cutelaria, discos de freio, equipamentos cirúrgicos e odontológicos e turbinas.

Se a quantidade elevada de carbono é inconveniente no inox 420 em estado recozido, uma solução lógica é a de diminuir este teor, o que é feito no inoxidável Tipo 410. Como este material tem um máximo de 0,15% de carbono, esta quantidade não é suficiente para remover tanto cromo da solução sólida e consequentemente, apresenta uma boa resistência à corrosão atmosférica, tanto na condição de recozido como de temperado.

Após o tratamento de têmpera, as durezas atingidas por este material não são altas quanto as apresentadas pelo inox 420. As principais aplicações do inox 410 são em equipamentos para refino de petróleo, válvulas, componentes de bombas e cutelaria. Aumentando-se a quantidade de enxofre obtém-se o inox 420F, uma variedade do 420, com boa usinabilidade.

Adições de carbono (para se obter durezas ainda maiores) e de cromo e molibdênio (melhorando a resistência à corrosão) nos levam aos aços inoxidáveis martensíticos Tipo 440, utilizado em facas de corte profissional.

   "FERRÍTICOS"

Os aços ferríticos também são magnéticos. Apesar de conter menor quantidade de carbono que os martensíticos, tornam-se parcialmente o austeníticos a altas temperaturas e, consequentemente, precipitam martensita durante o resfriamento. Pode-se dizer que são parcialmente endurecíveis por tratamento térmico. Contém, geralmente um teor de cromo superior ao dos martensíticos. Este aumento na quantidade de cromo melhora a resistência à corrosão em diversos meios, mas sacrifica em parte outras propriedades, como a resistência ao impacto. O mais utilizado dos aços inoxidáveis ferríticos é o Tipo 430, que contém 16 a 18% de cromo e um máximo de 0,12% de carbono. Entre suas aplicações pode-se mencionar talheres, baixelas, fogões, pias, moedas, revestimentos e balcões frigoríficos.

Um dos maiores problemas do inox 430 é a perda de ductilidade nas regiões soldadas, que normalmente são frágeis e de menor resistência à corrosão. O elevado crescimento do tamanho de grão, a formação parcial de martensita e a precipitação de carbonitretos de cromo são as principais causas geradoras deste problema. Para enfrentar este inconveniente, são adicionados titânio e/ou nióbio como estabilizadores do carbono. Os tipos 409, 430 Ti e 430 Nb são muito utilizados, principalmente em silenciadores escapamentos de automóveis.

O alumínio é também utilizado como um estabilizador de ferrita. O inox 405, com alumínio entre 0,10 e 0,30%, é muito usado na fabricação de estruturas que não poderão ser recozidas após a operação de soldagem. O aumento do teor de enxofre permite a usinabilidade do Tipo 430F . Adições de molibdênio, no inox 434, ou aumento nos teores de cromo no Tipo 446, permitem obter inoxidáveis ferríticos com melhor resistência à corrosão.

Embora os inoxidáveis ferríticos apresentem uma boa resistência à corrosão, algumas características limitam sua utilização em determinadas aplicações. A embutibilidade é boa, porém insuficiente em aplicações que requerem estampagem profunda. A soldabilidade é apenas discreta, pelos problemas já mencionados.

Uma grand emelhoria em muitas propriedades é seguida com a introdução de níquel como elemento de liga. Com determinados teores de níquel é possível conseguir uma mudança da estrutura ferrítica para austenítica.

    "AUSTENÍTICOS"

Os aços inoxidáveis austeníticos não são magnéticos e não podem ser endurecidos por tratamento térmico. São muito dúcteis e apresentam excelente soldabilidade. O mais popular é o Tipo 304, que contém basicamente 18% de cromo e 8% de níquel, com um teor de carbono limitado a um máximo de 0,08% . Tem grande aplicação nas indústrias químicas, farmacéuticas, petroquímicas, do álcool, aeronáutica, naval, de arquitetura, alimentícia, de transporte, e também utilizado em talheres, baixelas, pias, revestimentos de elevadores e em muitas outras aplicações.

Em determinados meios, especialmente nos que contém íons cloreto, o inox 304 mostra propensão a uma forma de corrosão chamada corrosão por pites. É um tipo de corrosão extraordinariamente localizada, pela qual, em determinados pontos da superfície no material, o meio agressivo consegue quebrar o filme passivo para depois progredir em profundidade. O crescimento dos pites se dá em um processo autocatalítico e, embora a perda da massa possa ser às vezes insignificante, gera uma forma de corrosão extremamente insidiosa, já que muitas vezes um pite é suficiente para deixar um equipamento fora de serviço.

A corrosão por frestas pode ser considerada como uma corrosão por pites artificial. O aspecto é freqüentemente semelhante ao da corrosão por pites e o processo de crescimento é também autocatalítico. Mas a existência de uma fresta é necessária para a ocorrência do fenômeno, o que não acontece na corrosão pites. Os mesmos meios capazes de provocar a corrosão por pites promovem a corrosão nos aço inoxidáveis.

O molibdênio é introduzido como elemento de liga nos aços inoxidáveis precisamente para diminuir a suscetibilidade a estas formas de corrosão. A presença de molibdênio permite a formação de uma camada passiva mais resistente e, nos casos em que, o inox 304 não resiste à ação de determinados meios, corroendo por pites ou por frestas, os aços inox 316 e 317 constituem uma excelente solução. São aços com grande utilização nas indústrias químicas, alcooleiras, petroquímicas, de papel e celulose, na prospeção de petróleo e nas indústrias têxtil e farmacêutica.

Quando submetidos por algum tempo a temperatura entre 450 e 850ºC, os aços inoxidáveis austeníticos estão sujeitos à precipitação de carbonetos de cromo em seus contornos de grãos, o que os torna sensitizados. Esta precipitação abundante de carbonetos - a sensitização - resulta na diminuição do teor de cromo nas regiões vizinhas aos com tornos, regiões que tem assim a sua resistência à corrosão drasticamente comprometida, tornando o material suscetível à corrosão intergranular em certos meios. As zonas termicamente afetadas por operação de soldagem são particularmente sensíveis a esta forma de corrosão, já que durante o ciclo térmico da soldagem parte do material fica mantido na faixa crítica de temperaturas. A consideração deste fenômeno levou ao desenvolvimento dos inoxidáveis austeníticos extra baixo carbono, 304L, 316L e 317L, nos quais o teor de carbono é controlado em um máximo de 0,03%, ficando assim extremamente reduzida a possibilidade de sensitização.

A utilização de estabilizadores tem também a finalidade de se evitar o problema da sensitização. O titânio, adicionado como elemento de liga, inibe a formação de carboneto de cromo devido ao fato de ter uma afinidade maior com carbono, em relação à afinidade com o cromo. Assim, precipita-se carboneto de titânio e o cromo permanece em solução sólida. Com a mesma finalidade pode ser utilizado o nióbio. Tanto o titânio quanto o nióbio são estabilizadores do carbono e os aços inoxidáveis assim obtidos - o 321 e o 347 - são conhecidos como aços inoxidáveis estabilizados. O inox 316 Ti é a versão estabilizada do Tipo 316. Para aplicações em equipamentos que operam entre 400 e 900ºC, os aços inoxidáveis estabilizados são os mais recomendados, pois conservam melhores propriedades mecânicas nessas temperaturas que os aços extra baixo carbono - notadamente a resistência à fluência.

No inox 904 L (20Cr-25Ni-4,5Mo-1,5Cu), a adição de elementos de liga procura melhorar não apenas a resistência ao pite mas também resistência à corrosão em meios ácidos redutores. O elevado teor de níquel melhora também o comportamento frente à corrosão sob tensão.

Nos casos em que se pretende uma boa resistência mecânica a não existe grande preocupação com a corrosão intergranular, os aços inox 304H e 316H, com teores de carbono na faixa de 0,04/0,10 %, são recomendados. A precipitação tem fina rede de carbonetos de cromo, tão prejudicial sob o ponto de vista da corrosão, torna-se benêfica quando o que interessa são as propriedades mecânicas.

Aumentos consideráveis nos teores de cromo e níquel permitem elevar a temperatura da formatação de carepa (escamação) dos aços inoxidáveis austeníticos. O inox 304 é recomendado para trabalho ao ar, a temperaturas inferiores a 925ºC sem serviços contínuos. Nas mesmas condições, o inox 310, com cromo 24/26 % e níquel 19/22 %, resiste a temperaturas de até 1150ºC. É um material classificado como aço inoxidável refratário.

Grandes aumentos de níquel, nos levam às ligas Ni-Cr-Fe, onde o elemento com maior presença no material já não é ferro e sim o níquel. Estes materiais não são conhecidos como aços inoxidáveis e sim como aços ligas a base de níquel, e apresentam resistência à corrosão em diversos meios e altas temperaturas. O elevado teor de níquel dá também garantia de uma boa resistência à corrosão sob tensão.

O inox 304 é um material com excelente ductilidade. Para casos de estampagem extra-profunda, um aumento no teor de níquel permite melhorar ainda mais a ductilidade. Com esta finalidade foi desenvolvido o Tipo 305.

Ligeiras reduções no teor de níquel diminuem a estabilidade da austenita, permitindo o aparecimento de martensita induzida por deformação a frio, conseguindo-se assim excelentes propriedades para aplicações estruturais. É o Tipo 301, disponível nas versões 1/4, 1/2, 3/4, totalmente duro e com grande utilização nas indústrias ferroviárias, de trens metropolitanos e de carrocerias de ônibus.

O Tipo 303 resulta do aumento do teor de enxofre no 304, com finalidade de melhorar a usinabilidade. A ductilidade e a resistência à corrosão ficam comprometidas por este aumento na quantidade de enxofre.

Os aços da série 200 resultam de uma substituição parcial de níquel por manganês. São utilizados em aplicações estruturais, apresentando resistência à corrosão inferior ao 301.

FAIXAS DE COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AÇOS INOXIDÁVEIS ( Link abaixo)

Fonte: http://www.qualinox.com.br/ficha_acos.htm