O aço inoxidável não é um material único, mas o nome de uma família de aços resistentes à corrosão.
Como muitas descobertas científicas, as origens do aço inoxidável residem em um acidente fortuito. Em 1913, em Sheffield, Inglaterra, Harry Brearley investigava o desenvolvimento de novas ligas de aço para uso em canos de armas. Ele notou que algumas de suas amostras não enferrujavam e eram difíceis de atacar quimicamente. Essas ligas continham cerca de 13% de cromo.
A primeira aplicação desses aços foi em talheres, pelos quais Sheffield se tornou mundialmente famosa. Trabalhos simultâneos na França levaram ao desenvolvimento dos primeiros aços inoxidáveis austeníticos.
A demanda mundial por aço inoxidável está aumentando a uma taxa de cerca de 5% ao ano. O consumo anual está agora bem acima de 20 milhões de toneladas e está aumentando em áreas como a indústria da construção e eletrodomésticos. Novas aplicações estão sendo continuamente encontradas para a aparência atraente, resistência à corrosão, baixa manutenção e resistência do aço inoxidável. O aço inoxidável é mais caro do que os graus padrão de aço, mas tem maior resistência à corrosão, necessita de pouca manutenção e não precisa de pintura ou outros revestimentos protetores. Esses fatores fazem com que o aço inoxidável possa ser mais economicamente viável quando os custos de vida útil e ciclo de vida são considerados.
Famílias de Aço Inoxidável
Embora a resistência à corrosão do aço inoxidável venha da presença de cromo, outros elementos são adicionados para aprimorar outras propriedades. Esses elementos alteram a microestrutura do aço.
Os aços inoxidáveis são agrupados em famílias com base em sua microestrutura metalúrgica. A microestrutura pode ser composta pelas fases estáveis de austenita ou ferrita, uma mistura “duplex” destas duas, martensita ou uma estrutura endurecida contendo microconstituintes precipitados.
Aços Inoxidáveis Austeníticos
Os aços inoxidáveis austeníticos contêm um mínimo de 16% de cromo e 6% de níquel. Eles variam de graus básicos como o 304 a super-austeníticos como o 904L e graus com 6% de molibdênio.
Ao adicionar elementos como molibdênio, titânio ou cobre, as propriedades do aço podem ser modificadas. Essas modificações podem tornar o aço adequado para aplicações em altas temperaturas ou aumentar a resistência à corrosão. A maioria dos aços se torna quebradiça em baixas temperaturas, mas o níquel no aço inoxidável austenítico o torna adequado para aplicações em baixas temperaturas ou criogênicas.
Os aços inoxidáveis austeníticos são geralmente não magnéticos. Eles não são capazes de endurecer por tratamento térmico. Os aços inoxidáveis austeníticos endurecem rapidamente com o trabalho a frio. Embora endureçam com o trabalho, eles são os mais facilmente conformáveis entre os aços inoxidáveis.
Os elementos de liga principais às vezes são refletidos no nome do aço. Um nome comum para o aço inoxidável 304 é 18/8, para 18% de cromo e 8% de níquel.
Aplicações em Aço Inoxidável da Classe Austenítica
Aplicações para aços inoxidáveis austeníticos incluem:
- Pias de cozinha
- Aplicações arquitetônicas como coberturas e revestimentos
- Telhados e calhas
- Portas e Janelas
- Guarda-cuerpo
- Bancos e áreas de preparação de alimentos
- Equipamentos para processamento de alimentos
- Trocadores de calor
- Fornos
- Tanques químicos
Aços Inoxidáveis Ferríticos
Os aços inoxidáveis ferríticos incluem grades como o 430 e contêm apenas cromo como principal elemento de liga. A quantidade de cromo presente varia de 10,5 a 18%.
São conhecidos por sua resistência moderada à corrosão e propriedades de fabricação deficientes. As propriedades de fabricação podem ser melhoradas por modificações de liga e são satisfatórias em graus como 434 e 444. Aços inoxidáveis ferríticos não podem ser endurecidos por tratamento térmico e são sempre usados em estado recozido.
Aços inoxidáveis ferríticos são magnéticos. Eles também não são suscetíveis à corrosão intergranular sob tensão. A soldabilidade é aceitável em seções finas, mas diminui à medida que a espessura das seções aumenta.
Aplicações de Aço Inoxidável Ferrítico
- Aços inoxidáveis ferríticos são tipicamente usados em:
- Escapamentos de veículos
- Linhas de combustível
- Utensílios de cozinha
- Acabamento arquitetônico
- Eletrodomésticos
Aços Inoxidáveis Duplex
Duplex stainless steels have high chromium and low nickel contents. This gives duplex stainless steels microstructures that include both austenitic and ferritic phases. They include alloys like 2304 and 2205. These alloys are so named due to their respective compositions – 23% chromium, 4% nickel and 22% chromium, 5% nickel.
Ao possuir tanto a austenita quanto a ferrita na microestrutura, os aços inoxidáveis duplex apresentam propriedades de ambas as classes. Embora sejam um compromisso entre os dois tipos ‘puros’, os graus duplex podem oferecer algumas soluções de propriedades exclusivas. Os graus duplex são resistentes à corrosão sob tensão, mas não no mesmo nível que os graus ferríticos. A tenacidade dos graus duplex é superior à dos graus ferríticos – mas inferior à dos graus austeníticos.
Mais importante, a resistência à corrosão dos aços duplex é igual ou superior à dos aços inoxidáveis 304 e 316. Isso é particularmente verdade para ataques por cloreto.
Telas duplex são facilmente soldadas. Elas também têm altas resistências à tração.
Aplicações de Aço Inoxidável Duplex
Aços inoxidáveis duplex são tipicamente aplicados em áreas como:
- Trocadores de calor
- Aplicações marinhas
- Plantas de dessalinização
- Conservas de alimentos
- Instalações de petróleo e gás offshore
- Planta química e petroquímica
Aços Inoxidáveis Martensíticos
Alto teor de carbono e menor teor de cromo são as características distintivas dos aços inoxidáveis martensíticos em comparação com os ferríticos.
Aços inoxidáveis martensíticos incluem os tipos 410 e 416. Aços martensíticos temperados não podem ser conformados a frio com sucesso. São magnéticos, possuem resistência moderada à corrosão e baixa soldabilidade.
Aplicações de Aço Inoxidável Martensítico
- Aços inoxidáveis martensíticos são tipicamente usados para:
- Lâminas de faca
- Talheres
- Instrumentos cirúrgicos
- Fixadores
- Eixos
- Molas
Aços Inoxidáveis de Endurecimento por Precipitação
As ligas com endurecimento por precipitação contêm cromo e níquel. Elas desenvolvem altíssimas resistências à tração com tratamento térmico. As ligas com endurecimento por precipitação são geralmente fornecidas em condição “solidificada” que permite a usinagem do aço. Após usinagem ou conformação, o aço pode ser envelhecido em um processo de tratamento térmico a baixa temperatura. Como o tratamento térmico é realizado em baixas temperaturas, nenhuma distorção é induzida na peça de trabalho.
630 is the most common precipitation hardening grade This grade is also known as 17-4 due to a composition of 17% chromium, 4% nickel, 4% copper and 0.3% niobium.
Aplicações de Endurecimento por Precipitação
Aços inoxidáveis de endurecimento por precipitação são tipicamente usados para:
- Equipamentos para a indústria de papel e celulose
- Aplicações aeroespaciais
- Pás de turbina
- Barragens de resíduos nucleares
- Componentes mecânicos
Propriedades
As propriedades vantajosas dos aços inoxidáveis podem ser vistas quando comparadas ao aço carbono comum de baixo teor. Embora os aços inoxidáveis tenham uma ampla gama de propriedades, em geral, quando comparados ao aço comum, os aços inoxidáveis têm:
- Maior resistência à corrosão
- Maior tenacidade criogênica
- Taxa de encruamento mais alta
- Maior resistência ao calor
- Maior ductilidade
- Maior resistência e dureza
- Uma aparência mais atraente
- Baixa manutenção
Resistência à corrosão
Todos os aços inoxidáveis são ligas à base de ferro que contêm um mínimo de cerca de 10,5% de cromo. O cromo na liga forma uma camada protetora de óxido transparente autocurável. Esta camada de óxido confere aos aços inoxidáveis sua resistência à corrosão. A natureza autocurável da camada de óxido significa que a resistência à corrosão permanece intacta, independentemente dos métodos de fabricação. Mesmo que a superfície do material seja cortada ou danificada, ela se auto-reparará e a resistência à corrosão será mantida.
Em contrapartida, aços carbono comuns podem ser protegidos contra a corrosão por pintura ou outros revestimentos como a galvanização. Qualquer modificação na superfície expõe o aço subjacente e a corrosão pode ocorrer.
A corrosão de diferentes graus de aço inoxidável variará em diversos ambientes. Os graus adequados dependerão do ambiente de serviço. Mesmo quantidades vestigiais de alguns elementos podem alterar acentuadamente a resistência à corrosão. Os cloretos, em particular, podem ter um efeito adverso na resistência à corrosão do aço inoxidável.
Aços com alto teor de cromo, molibdênio e níquel são os mais resistentes à corrosão.
Resistência criogênica (baixa temperatura)
A resistência criogênica é medida pela ductilidade ou tenacidade em temperaturas abaixo de zero. Em temperaturas criogênicas, as resistências à tração dos aços inoxidáveis austeníticos são substancialmente mais altas do que em temperaturas ambientes. Eles também mantêm excelente tenacidade.
Aços ferríticos, martensíticos e de endurecimento por precipitação não devem ser usados em temperaturas abaixo de zero. A tenacidade dessas classes cai significativamente em baixas temperaturas. Em alguns casos, essa queda ocorre perto da temperatura ambiente.
Trabalho Endurecimento
Graus de aço inoxidável que endurecem ao trabalho têm a vantagem de que aumentos significativos na resistência do metal podem ser alcançados simplesmente através de trabalho a frio. Uma combinação de etapas de trabalho a frio e recozimento pode ser empregada para conferir ao componente fabricado uma resistência específica.
Um exemplo típico disso é o trefilamento de arame. O arame a ser usado como mola será encruado até uma determinada resistência à tração. Se o mesmo arame fosse usado como arame de amarração maleável, ele seria recozido, resultando em um material mais macio.
Resistência ao Calor
As ligas austeníticas mantêm alta resistência em temperaturas elevadas. Isso é particularmente verdadeiro com ligas contendo altos níveis de cromo e/ou alto teor de silício, nitrogênio e elementos de terras raras (por exemplo, liga 310 e S30815). Ligas ferríticas com alto teor de cromo, como a 446, também podem apresentar alta resistência a quente.
O alto teor de cromo dos aços inoxidáveis também ajuda a resistir à oxidação em altas temperaturas.
Ductilidade
A ductilidade tende a ser dada pelo % alongamento durante um teste de tração. O alongamento para aços inoxidáveis austeníticos é bastante alto. Alta ductilidade e altas taxas de encruamento permitem que os aços inoxidáveis austeníticos sejam formados usando processos severos, como estiramento profundo.
Alta Resistência
Quando comparados com os aços de baixo carbono, os aços inoxidáveis tendem a ter maior resistência à tração. Os aços inoxidáveis duplex possuem maior resistência à tração que os aços austeníticos.
As maiores resistências à tração são observadas nos aços martensíticos (431) e nos de endurecimento por precipitação (17-4). Estes aços podem apresentar resistências com o dobro dos tipos 304 e 316, os aços inoxidáveis mais comumente utilizados.
Resposta Magnética
Resposta magnética é a atração do aço a um imã. Os graus austeníticos geralmente não são magnéticos, embora uma resposta magnética possa ser induzida nos graus pouco austeníticos através de trabalho a frio. Graus com alto teor de níquel, como o 316 e o 310, permanecerão não magnéticos mesmo com trabalho a frio.
Todas as outras classificações são magnéticas.
Classificações Padrão
O antigo sistema de numeração de aço inoxidável com três dígitos AISI (por exemplo, 304 e 316) ainda é comumente usado. Novas classes são definidas sob o sistema SAE e ASTM que utiliza um número UNS de 1 letra + 5 dígitos. Um exemplo disso é o novo termo para 304, que é S30400. Outras designações incluem números antigos da BS como 304S31 e, ocasionalmente, antigos números de Emergência de guerra como ‘EN’ 58E.
Algumas ligas não são cobertas por números padrão e podem ser ligas proprietárias ou ser nomeadas usando padrões para produtos especializados, como arames de solda.
Seleção de Grelha
O processo de seleção de aços inoxidáveis é um compromisso entre as propriedades desejadas do produto final.
Ao selecionar um determinado grau de aço inoxidável, é essencial considerar as propriedades primárias necessárias, como resistência à corrosão e resistência ao calor. Considerações importantes também devem ser dadas às propriedades secundárias, como propriedades físicas e mecânicas. Essas propriedades determinarão outros fatores, como a facilidade de fabricação de quaisquer graus candidatos.
Se as propriedades secundárias não forem adequadas, pode não ser possível produzir o produto necessário de forma viável e econômica.
Um exemplo disso é o aço inoxidável 303. Ele possui excelente usinabilidade devido à adição de Enxofre. No entanto, o Enxofre também confere ao 303 baixa soldabilidade, resistência à corrosão e conformabilidade.
A seleção da nota correta garantirá que o produto tenha uma longa vida útil sem problemas, juntamente com fabricação e instalação de baixo custo.
