6 de junho de 2022
Sumário
A Austenita é uma fase do aço que se forma a determinada temperatura. Por exemplo, para aços ferramenta, a austenita é estável em altas temperaturas. Já para aços austeníticos, ela pode ser estável em temperatura ambiente, pois seus elementos de liga estabilizam essa fase. Na indústria, é muito utilizado o aço inoxidável austenítico, principalmente o da série 300.
Os aços inoxidáveis austeníticos mais usuais na indústria são: 304; 304L; 316; 316L; 302; 303; 308; 310; 314; 321; 347. O aço inoxidável austenítico é um tipo de liga de aço composta de ferro, carbono, cromo, níquel e outras ligas menores.
Os aços austeníticos podem ser divididos em dois grupos: série 300, como nos exemplos citados acima, e série 200. Os aços da série 300 contêm pelo menos 8% de níquel, enquanto os aços da série 200 substituem porções desse níquel por ligas mais baratas, como nitrogênio ou manganês.
Os austeníticos são mais conhecidos por sua resistência à corrosão, razão pela qual são frequentemente usados para aplicações de aço inoxidável. Constituindo mais de 70% da produção de aço, eles também são um dos aços inoxidáveis mais usados, sendo o grau 304 de longe o tipo mais preferido.
Os aços inoxidáveis austeníticos são definidos por sua estrutura cristalina cúbica de face centrada. Suas células unitárias cúbicas têm um átomo em cada canto e um átomo em cada face do cubo. Isso é diferente dos aços ferríticos, que possuem uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado.
Os aços inoxidáveis da série 300 são à base de ferro com alto teor de níquel, o que significa que sua liga de níquel é de pelo menos 8% ou mais. O tipo mais padrão da série é o grau 304, contendo 8% de níquel e 18% de cromo. Adicionar, aumentar ou reduzir várias ligas leva a resultados diferentes.
No aço inoxidável grau 302, há uma porcentagem maior de carbono, aumentando a resistência, mas diminuindo a conformabilidade do material. Para obter maior resistência à corrosão, o molibdênio pode ser adicionado (Grau 316, 317).
Os aços inoxidáveis da série 200 têm um teor mais baixo de níquel. Devido ao alto preço do níquel, os aços inoxidáveis da série 200 são usados em muitas áreas de aplicação para reduzir os custos de produção. É parcialmente substituído por outros elementos de liga que podem produzir aços austeníticos, como nitrogênio, manganês e cobre. O nitrogênio é uma liga comum em aço inoxidável da série 200. No entanto, sua conexão com o cromo leva a nitretos de cromo, o que aumenta a porosidade e reduz a ductilidade. Para aumentar o teor de nitrogênio sem prejudicar os níveis de cromo, pode-se adicionar manganês.
Os aços inoxidáveis das séries 300 e 200 são austeníticos. Seus diferentes níveis de níquel resultam em propriedades distintas. Os aços inoxidáveis da série 300 apresentam uma maior resistência à corrosão devido ao seu maior teor de níquel. Além disso, os aços inoxidáveis da série 200 são definidos por sua ductilidade reduzida em comparação com a série 300. No entanto, os níveis aumentados de nitrogênio resultam em melhor resistência ao impacto e força. Os aços inoxidáveis das séries 200 e 300 são não magnéticos e não podem ser tratados termicamente. Aços austeníticos de trabalho a frio podem melhorar a dureza, resistência ao estresse e força.
Os aços austeníticos são classificados como: classes Cr-Mn, classes de Cr-Ni, classes de Cr-Ni-Mo, classes austeníticas de alto desempenho e classes austeníticas de alta temperatura. As classes austeníticas têm boa a excelente resistência à corrosão, boa conformabilidade e soldabilidade. Sua resistência ao impacto em baixas temperaturas é frequentemente explorada em aplicações criogênicas.
Devido à sua microestrutura austenítica, não apresentam características ferromagnéticas na condição de recozimento em solução. O trabalho a frio aumenta sua resistência e, portanto, certos tipos são fornecidos na condição de laminados temperados, o que pode levá-los a se tornarem magnéticos devido à presença de alguma martensita. Leia mais sobre as cinco subclasses:
As classes de Cr-Ni são classes de uso geral, que são principalmente ligadas com cromo e níquel, com exclusão do molibdênio. Essas classes são às vezes chamadas de aços inoxidáveis do tipo 18-8, indicando o teor aproximado de cromo e níquel, respectivamente.
A fim de melhorar a resistência e usinabilidade, alguns dos aços dessa classe são ligados com nitrogênio ou enxofre. Existem também classes estabilizadas onde o titânio ou o nióbio são adicionados para aumentar as propriedades mecânicas em altas temperaturas pela formação de carbonetos de endurecimento.
Ao contrário da prática anterior, onde a estabilização de titânio e nióbio também era usada para evitar precipitados prejudiciais de carboneto na soldagem, para aços Cr-Ni de baixo carbono modernos isso não é necessário.
As classes Cr-Mn também são referidas como grades da “série 200”. Seguindo a nomenclatura AISI/ASTM, seu teor de níquel é diminuído e a microestrutura austenítica é mantida pela substituição de parte do níquel por manganês e nitrogênio. A composição química do grau Core 201/4372 é de cerca de 17% Cr, 4% Ni e 7% Mn. Esta classe tem quase a mesma conformabilidade, resistência à corrosão e soldabilidade que a classe 4301, mas com maior resistência.
Esses tipos de uso geral têm uma maior resistência à corrosão devido à liga com molibdênio (2–3%), e às vezes são chamados de aços inoxidáveis “à prova de ácido”. O teor de cromo é de cerca de 17% e o teor de níquel de 10 a 13%.
Essas classes também podem ser ligadas com nitrogênio para melhorar a resistência ou com enxofre para melhorar a usinabilidade. Além disso, podem ser estabilizadas onde titânio ou nióbio são adicionados para aumentar as propriedades mecânicas em altas temperaturas pela formação de carbonetos de endurecimento.
Ao contrário da prática anterior, onde a estabilização de titânio e nióbio também era usada para evitar precipitados prejudiciais de carboneto na soldagem, em aços Cr-Ni-Mo modernos de baixo carbono isso não é necessário.
Os aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho foram desenvolvidos para uso em ambientes muito exigentes e possuem teor de liga ainda maior. O teor de cromo varia entre 17 e 25%, níquel entre 14 e 25% e molibdênio entre 3 e 7%. Nossas classes também estão disponíveis para serem ligadas com nitrogênio para aumentar ainda mais a resistência e a resistência à corrosão. Alguns graus são ligados com cobre para aumentar a resistência a certos ácidos.
As classes austeníticas Ultra 254 SMO e Ultra 6XN são por vezes referidas como classes superausteníticas 6Mo e Ultra 654 SMO como classe superaustenítica 7Mo.
Os aços inoxidáveis austeníticos de alta temperatura são projetados principalmente para uso em temperaturas superiores a 550°C, ou seja, na faixa de temperatura onde a resistência à fluência é o fator de dimensionamento. As composições desses aços são projetadas para fornecer uma longa vida útil em gases secos em altas temperaturas (800-1150 °C), ou seja, boa resistência à oxidação em vez de resistência à corrosão aquosa.
Os graus austeníticos de alta temperatura são caracterizados por alto teor de cromo (17–25%) e alto teor de níquel (8–20%) sem apresentar tores de molibdênio. O silício é adicionado em alguns graus para aumentar a resistência à oxidação. Os graus que são ligados com silício e também com cério apresentam aumento na resistência à oxidação, e com nitrogênio para melhorar a resistência à fluência.
Os aços inoxidáveis austeníticos incluem as classes de trabalho pesado Core 304/4301 EN 1.4301 (ASTM 304) e Core 304L/4307 EN 1.4307 (ASTM 304L), bem como classes aprimoradas para maior resistência à corrosão.
O aço austenítico EN 1.4420, ASTM UNS S31655 é projetado para ambientes altamente corrosivos. Seu alto teor de cromo e nitrogênio oferece maior resistência à corrosão. A classe tem alta resistência, boa conformabilidade e excelente soldabilidade. Este aço permite estruturas mais leves, o que permite maiores volumes de carga de transporte, resultando em um número total reduzido de transportes necessários.
O alto teor de cromo no aço austenítico 316, por exemplo, permite que seja utilizado em uma variedade de aplicações, incluindo GNL (gás natural liquefeito – nos tanques), tanques, trocadores de calor, tratamento de água e projetos tubulares. O grau também funciona bem em aplicações arquitetônicas.
Vamos agora avaliar algumas aplicações para os aços austeníticos
A iluminação veicular do setor automobilístico exige que os fabricantes de aços planos de carbono desenvolvam novos graus avançados capazes de atender aos requisitos técnicos cada vez mais rigorosos desse mercado. Nesse caso, são utilizados aços austeníticos Fe-Mn-C de ultra alta resistência com excelente conformabilidade para aplicações automotivas. A composição de aço X-IPTM1000 é otimizada para fornecer o melhor compromisso na resistência à tração final (> 1000 MPa) e alongamento total (> 50%) à temperatura ambiente. Essas propriedades são alcançadas através da otimização do efeito TWIP (Twinning Induced Plasticity) pelo controle cuidadoso da energia de falha de empilhamento (SFE) e da microestrutura final.
Os aços inoxidáveis austeníticos AISI 304 e 316 foram inventados no início de 1900 e ainda são confiáveis por engenheiros de materiais e mecânicos em vários setores devido à sua boa combinação de resistência, ductilidade e resistência à corrosão, e graças a décadas de experiência e dados. É muito utilizado em paredes de fornos, onde não é necessário trabalhar com material cerâmico refratário.
Outros exemplos são na medicina. Novas ligas de aço austenitico Cr-Mn-Mo sem níquel com até 1% de nitrogênio desenvolvidas e exibem propriedades que correspondem particularmente bem aos requisitos de engenharia médica. A combinação de resistência, tenacidade, resistência à corrosão, resistência ao desgaste e custo-benefício que essas ligas apresentam não é alcançada por nenhum outro material.
Existem outras diversas aplicações, como peças estampadas, onde a conformação do material fornece a ele as propriedades mecânicas desejadas, mas também aplicações como em bijuterias ou chaveiros, que não exigem tanto do material, mas devem apresentar uma qualidade de acabamento muito bom.
Conteúdo não pode ser publicado ou redistribuído sem prévia autorização. Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin
Referências
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