Aço inoxidável da série 300: Desempenho, aplicação, classes e comparação

Analisaremos detalhadamente a composição química, as propriedades mecânicas e as propriedades físicas do aço inoxidável da série 300 e o compararemos com outras séries, como a série 400, a série 200 e o aço inoxidável Duplex, para ajudá-lo a entender completamente suas vantagens e desvantagens. Além disso, este artigo também fornecerá dicas de manutenção do aço inoxidável da série 300 para garantir que ele permaneça em condições ideais em vários ambientes.

O que é aço inoxidável série 300?

O aço inoxidável da série 300 é um aço inoxidável austenítico de cromo e níquel, caracterizado principalmente pelo alto teor de Cr (16-20%) e alto teor de Ni (8-14%), às vezes incluindo outros elementos de liga. Com excelentes propriedades, eles são amplamente utilizados em vários campos.

Como o aço inoxidável da série 300 é produzido?

Fundição e fundição

A produção de aço inoxidável da série 300 começa com a fundição em forno a arco elétrico, usando minério de ferro de alta pureza, minério de cromo, minério de níquel e elementos de liga. As matérias-primas são misturadas, aquecidas até o estado fundido e fundidas em um tarugo preliminar, com controle rigoroso da temperatura e da composição da liga para garantir a qualidade. Posteriormente, o tarugo é tratado termicamente para otimizar a estrutura interna e melhorar o desempenho. Ele pode ser posteriormente processado em produtos com as formas e especificações desejadas.

Laminação a quente e laminação a frio

O tarugo após a fundição é laminado a quente, que é um processo no qual o tarugo é aquecido a uma alta temperatura e, em seguida, pressionado na espessura desejada por meio de um laminador. A laminação a quente não apenas melhora a qualidade da superfície do aço, mas também aprimora suas propriedades mecânicas. A espessura e a largura do aço podem ser controladas com precisão por meio do processo de laminação a quente para atender aos requisitos de diferentes aplicações.

A laminação a frio é um processo de fabricação realizado em temperatura ambiente, que permite que o aço seja transformado em chapas ou tiras mais finas e precisas. O aço inoxidável laminado a frio tem maior resistência e uma superfície mais lisa, e é frequentemente usado para usinagem de precisão e fins decorativos.

Tratamento térmico e tratamento de superfície

O tratamento térmico melhora as propriedades mecânicas e físicas do aço inoxidável, incluindo recozimento, têmpera e revenimento. O recozimento melhora a plasticidade e a tenacidade, a têmpera aumenta a dureza e a resistência e o revenimento ajusta a fragilidade. Os tratamentos de superfície, como o polimento, tornam a superfície lisa e a galvanoplastia aumenta a resistência à corrosão. Esses tratamentos melhoram a qualidade e o desempenho do aço inoxidável em conjunto.

Desempenho do aço inoxidável da série 300 

Composição química

Os principais componentes químicos do aço inoxidável da série 300 incluem.

Cromo (Cr): 16%~20%, formando uma película de passivação anticorrosiva, aumentando a resistência à corrosão do aço inoxidável.

Níquel (Ni): 8%~12%, melhorando a tenacidade e a resistência à corrosão do aço inoxidável, estabilizando a estrutura de austenita.

Molibdênio (Mo): 2%~3% em aço inoxidável 316, aumentando a resistência à corrosão do 316 em cloretos.

Manganês (Mn): O teor de manganês é maior no aço inoxidável da série 200, que é usado principalmente para aumentar a resistência e a dureza do aço.

Propriedades mecânicas

Resistência ao rendimento

• A resistência ao escoamento é um reflexo do limite de uso prático do material. O limite de escoamento do aço inoxidável da série 300 geralmente está na faixa de 210-250 MPa, o que é moderado em comparação com outras séries de aço inoxidável, mas, devido à sua boa ductilidade e usinabilidade, ele é amplamente utilizado em várias estruturas e equipamentos.

Resistência à tração

• A resistência à tração indica a carga máxima que um material pode suportar antes de se romper. Os aços inoxidáveis da série 300 são excelentes para suportar cargas mecânicas e forças de impacto, com resistência à tração normalmente na faixa de 500 a 700 MPa, o que os torna adequados para aplicações que exigem resistência e durabilidade.

Ductilidade e alongamento

• A ductilidade refere-se à capacidade de um material de se estender sob pressão sem se romper. O aço inoxidável da série 300 tem excelente ductilidade, com um alongamento geralmente entre 40-60%. Isso torna o aço inoxidável da série 300 fácil de ser trabalhado a frio em formas complexas e menos propenso a rachaduras.

Dureza

• A dureza é a resistência de um material à deformação local. A dureza do aço inoxidável da série 300 geralmente está entre 80-90 HRB (escala Rockwell B). Embora o aço inoxidável da série 300 não seja tão duro quanto alguns aços inoxidáveis martensíticos, suas excelentes propriedades gerais compensam esse fato.

Resistência ao impacto

• A resistência ao impacto mede a capacidade de um material de resistir ao impacto em baixas temperaturas sem sofrer danos. O aço inoxidável da série 300 apresenta excelente resistência ao impacto em baixas temperaturas. Por exemplo, o aço inoxidável 304 ainda pode manter uma boa resistência a -196°C (-320°F).

Propriedades físicas

Densidade

• A densidade é a massa por unidade de volume e afeta o peso do material e as escolhas de projeto. A densidade do aço inoxidável da série 300 geralmente está entre 7,90 e 8,00 g/cm³. A densidade mais alta proporciona uma estrutura física estável para o aço inoxidável da série 300, tornando-o excelente em aplicações estruturais.

Condutividade térmica

• A condutividade térmica refere-se à capacidade de um material de conduzir calor. A condutividade térmica do aço inoxidável da série 300 é relativamente baixa, geralmente entre 15 e 25 W/(m-K). A baixa condutividade térmica permite que o aço inoxidável da série 300 isole efetivamente o calor e reduza a perda de calor em ambientes de alta temperatura.

Coeficiente de expansão térmica

• O coeficiente de expansão térmica refere-se ao grau em que um material se expande em volume quando aquecido. O coeficiente de expansão térmica do aço inoxidável da série 300 é normalmente 16-17 × 10-⁶ /K. Essa propriedade permite que o aço inoxidável da série 300 permaneça estruturalmente estável em ambientes com grandes mudanças de temperatura.

Resistividade

• A resistividade reflete a capacidade de um material de conduzir eletricidade. Os aços inoxidáveis da série 300 têm alta resistividade (0,7-0,8 µΩ-m), o que os torna adequados para uso como isolantes elétricos.

Magnetismo

• O aço inoxidável da série 300 geralmente não é magnético, mas pode apresentar um leve magnetismo após o trabalho a frio, como o aço inoxidável 304, que pode ser ligeiramente magnético após a laminação a frio. Essa propriedade faz com que o aço inoxidável da série 300 seja a escolha ideal para aplicações não magnéticas, como instrumentos de precisão e equipamentos eletrônicos.

Propriedades químicas

Resistência à corrosão

• A resistência à corrosão do aço inoxidável da série 300 é uma de suas propriedades mais notáveis. Com alto teor de cromo e níquel, esses aços inoxidáveis são resistentes a uma ampla gama de meios químicos.

Resistência à oxidação

• Os aços inoxidáveis da série 300 apresentam excelente resistência à oxidação em temperaturas elevadas. A película de óxido formada pelo cromo pode proteger o aço da oxidação.

Resistência química

• Os aços inoxidáveis da série 300 apresentam diferentes capacidades de resistência em vários meios químicos. Por exemplo, o aço inoxidável 304 tem boa resistência a ácidos fracos (como o ácido acético) e a alguns ácidos orgânicos, enquanto o aço inoxidável 316 resiste melhor a ácidos fortes e cloretos.

Resistência à amônia e à água com amônia

• Os aços inoxidáveis da série 300 têm boa resistência à amônia e à água de amônia. Devido ao papel do níquel e do cromo, esses aços inoxidáveis podem manter uma boa estabilidade química em um ambiente de amônia ou amoníaco para evitar corrosão ou danos.

Aplicações do aço inoxidável da série 300

Área de dispositivos médicos: Os aços inoxidáveis 304 e 316 são ideais para instrumentos cirúrgicos, dispositivos médicos e implantes devido à sua excelente resistência à corrosão e biocompatibilidade. Eles podem resistir à erosão de fluidos corporais e desinfetantes, garantindo a estabilidade e a segurança de longo prazo dos dispositivos médicos.

Setor de alimentos e bebidas: O aço inoxidável 304 é amplamente utilizado em utensílios de cozinha, maquinário de processamento de alimentos e recipientes de armazenamento de bebidas devido à sua resistência à corrosão e propriedades de fácil limpeza.

Área de construção e decoração: O aço inoxidável da série 300 também tem um bom desempenho na construção e decoração, e é frequentemente usado para criar exteriores de edifícios, molduras de portas e janelas e grades. Sua bela aparência e excelente resistência à corrosão acrescentam um charme único e valor de longo prazo ao projeto arquitetônico.

Indústria química e de petróleo: Nos equipamentos de processamento químico e produção de petróleo, o aço inoxidável 316 se destaca por sua excelente resistência à corrosão. Ele pode suportar ambientes químicos agressivos e garantir a operação estável do equipamento em condições de trabalho complexas.

Setor automobilístico: O aço inoxidável da série 300 atende aos requisitos rigorosos de alta temperatura e resistência à corrosão e é frequentemente usado em peças-chave, como sistemas de escapamento de automóveis e estruturas de carroceria.

Vantagens e desvantagens do aço inoxidável da série 300

Vantagens

• Excelente resistência à corrosão: Com uma alta proporção de níquel e cromo, o aço inoxidável da série 300 forma uma camada protetora resistente de óxido de cromo, que resiste com eficácia a uma ampla gama de corrosão ácida, alcalina e salina. Em particular, a série 316 tem maior resistência à corrosão por pite em ambientes que contêm cloro devido à adição de molibdênio.

• Processamento flexível e diversificado: Essa série de aço inoxidável apresenta excelente plasticidade e desempenho de soldagem, lida facilmente com processos complexos, como estampagem, dobra e soldagem, e oferece conveniência para a fabricação de estruturas de produtos diversificadas e refinadas.

• Propriedades mecânicas estáveis: Mesmo sob condições de alta temperatura, o aço inoxidável da série 300 pode manter alta resistência e dureza para atender aos requisitos rigorosos de ambientes de trabalho de alta intensidade.

• Bonito e durável: Seu brilho metálico exclusivo e suas boas propriedades decorativas fazem dele a escolha ideal para produtos que buscam uma aparência de alta qualidade. Ao mesmo tempo, sua excelente resistência à corrosão garante a longa vida útil do produto.

Desvantagens

• Custo mais alto: Devido à alta proporção de cromo e níquel contida no aço inoxidável da série 300, seu custo é relativamente alto. Isso pode afetar projetos ou aplicações com orçamentos limitados.

• Desempenho ruim em baixas temperaturas: Em temperaturas muito baixas, alguns aços inoxidáveis da série 300 podem se tornar frágeis. Isso pode fazer com que eles não tenham um desempenho tão bom quanto o de outros materiais em ambientes extremamente frios.

• A corrosão intergranular pode ocorrer em altas temperaturas: Em altas temperaturas ou em condições de soldagem, o carbono (C) nos aços inoxidáveis da série 300 pode formar compostos de carboneto de cromo com cromo (Cr), resultando em uma diminuição do teor de cromo nos limites dos grãos, formando a chamada "zona pobre em cromo", perdendo assim a resistência à corrosão e causando corrosão intergranular. No entanto, isso geralmente pode ser evitado com o controle do teor de carbono e o uso de processos de tratamento térmico adequados.

Como fazer a manutenção do aço inoxidável série 300?

Para manter o desempenho do aço inoxidável da série 300, as seguintes medidas de manutenção devem ser tomadas.

Limpeza regular: Use produtos de limpeza neutros e água para limpar regularmente as superfícies de aço inoxidável. Não use produtos de limpeza ácidos ou alcalinos fortes, pois eles podem corroer o aço inoxidável.

Prevenção de corrosão (continuação): Inspecione regularmente os equipamentos e as estruturas e resolva prontamente os possíveis pontos de corrosão. No caso de aço inoxidável usado em ambientes químicos, aplique camadas protetoras ou revestimentos adequados para aumentar a resistência à corrosão.

Remoção de sujeira e ferrugem: Quando aparecer sujeira ou ferrugem na superfície do aço inoxidável, ele pode ser limpo com um produto de limpeza sem cloro. Use um pano macio ou uma esponja para limpar suavemente e evite usar escovas de arame ou lixas, que podem arranhar a superfície e causar corrosão mais grave.

Prevenção de arranhões e desgaste: Evite arranhar a superfície do aço inoxidável com objetos duros. Para áreas que exigem atrito frequente, você pode usar almofadas protetoras ou considerar maneiras de reduzir o atrito no projeto.

Inspeção regular: Para peças estruturais ou equipamentos importantes, são realizadas inspeções e manutenções profissionais regulares para garantir a integridade e a funcionalidade das peças de aço inoxidável.

Qual é a diferença entre as séries 300, 400 e 200?

Os aços inoxidáveis das séries 300, 400 e 200 têm características e aplicações diferentes, e entender suas diferenças o ajudará a escolher o material mais adequado.

Aço inoxidável série 300

Main features: high corrosion resistance, high toughness, good processing. 300 series stainless steel includes grades such as 304 e 316, which are widely used in medical, food, construction and other fields.

Composição química: Contém principalmente uma alta proporção de cromo e níquel, e o teor de níquel aumenta sua resistência à corrosão e a altas temperaturas.

Cenários de aplicação: É adequado para ocasiões com altos requisitos de resistência à corrosão e alta resistência, como equipamentos de processamento de alimentos, equipamentos médicos, decoração arquitetônica, etc.

Aço inoxidável série 400

Principais características: Os aços inoxidáveis da série 400 contêm menos níquel e são geralmente mais duros e resistentes do que os da série 300, mas têm menos resistência à corrosão.

Chemical composition: The main component is chromium, and the nickel content is low, usually between 12% chromium and 0-1% nickel. Common grades include 410, 420, 430etc.

Cenários de aplicação: É adequado para ocasiões com altos requisitos de dureza e resistência ao desgaste, como facas, sistemas de escapamento automotivo, eletrodomésticos, etc. Não é tão resistente à corrosão quanto a série 300 e é adequado para condições ambientais mais brandas.

Aço inoxidável série 200

Principais características: o aço inoxidável da série 200 geralmente contém maior teor de manganês e nitrogênio e menor teor de níquel. Embora a resistência à corrosão seja pior do que a da série 300, ela tem maior resistência e menor custo.

Chemical Composition: It mainly contains chromium, manganese and nitrogen, and the nickel content is relatively low. Common grades include 201, 202etc.

Cenários de aplicação: É adequado para ocasiões sensíveis ao custo que não exigem resistência à corrosão extremamente alta, como materiais de construção, utensílios domésticos etc. A série 200 é normalmente usada para aplicações de baixo custo, mas que ainda exigem certa resistência à corrosão.

Série 300 vs. Duplex

Aço inoxidável série 300

Características: Aço inoxidável austenítico; boa resistência à corrosão, capacidade de processamento e tenacidade; os graus comuns são 304 e 316.

Aplicação: Devido à sua excelente resistência à corrosão, ele é amplamente utilizado em vários ambientes.

Aço inoxidável duplex

Características: Com alta resistência e boa resistência à corrosão, o aço inoxidável duplex combina a estrutura de austenita e ferrita, como o 2205 e o 2507.

Vantagens: Em comparação com a série 300, o aço inoxidável Duplex tem maior resistência e também apresenta bom desempenho em termos de resistência à corrosão, especialmente em ambientes com cloreto. 

Aplicação: Amplamente utilizado em áreas com requisitos de alta resistência e resistência à corrosão, como petroquímica, engenharia naval e produção de fertilizantes.

Grau 304 vs. Grau 316

Aço inoxidável 304

Características: Excelente resistência à corrosão, capacidade de processamento e conformabilidade. Amplamente utilizado em equipamentos domésticos e decoração arquitetônica.

Aplicação: Adequado para equipamentos de processamento de alimentos, equipamentos médicos, utensílios de cozinha, etc. Tem alta resistência à corrosão, mas não tem o mesmo desempenho do 316 em ambientes com cloretos.

Aço inoxidável 316

Características: O molibdênio 2-3% é adicionado ao 304, tornando-o mais resistente à corrosão em ambientes com cloreto.

Aplicação: Adequado para ambientes marinhos, equipamentos de processamento químico, indústrias farmacêuticas e outras ocasiões com requisitos de resistência à corrosão extremamente altos. O aço inoxidável 316 é geralmente mais caro que o 304.

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Classes comuns de aço inoxidável da série 300

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