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Aço inoxidável austenítico: definição, composição, propriedades, graus, aplicações e muito mais
- João
O que é aço inoxidável austenítico?
O aço inoxidável austenítico é uma das cinco principais classes de aço inoxidável definidas pela estrutura cristalina com uma estrutura cristalina cúbica de face centrada (FCC), composta principalmente de cromo 15-32% e níquel 8-37%, com um equilíbrio de outros elementos como manganês e nitrogênio. O aço inoxidável austenítico tem excelente resistência à corrosão e conformabilidade, alta tenacidade e ductilidade, e é não magnético. As classes comuns incluem 304, 316 e 310. O aço inoxidável austenítico é amplamente utilizado nas indústrias alimentícia, química e médica.
Estrutura cristalina do aço inoxidável austenítico
O aço inoxidável austenítico tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada (FCC). É um tipo de arranjo cristalino. Imagine um cubo com um átomo em cada um dos seus oito cantos e um átomo adicional no centro de cada face. Esse arranjo é altamente compacto, com átomos posicionados próximos uns dos outros, tornando o material mais estável e menos propenso a quebrar quando deformado.
Esta estrutura garante ao aço inoxidável austenítico:
- Alta plasticidade, tenacidade e ductilidade
- Boas propriedades mecânicas em altas e baixas temperaturas
- Forte resistência à corrosão e à oxidação
- Propriedades não magnéticas
Como se forma a estrutura austenítica no aço inoxidável?
Os aços inoxidáveis austeníticos alcançam sua estrutura única por meio da adição de elementos de liga como níquel e crômio.
Em ferro puro ou aço carbono simples, o estrutura austenítica (cúbica de face centrada) é estável apenas em altas temperaturas—em torno de 1340°F (727°C) ou mais. No entanto, quando aproximadamente 18% cromo e Níquel 8% são adicionados ao aço, esta estrutura austenítica torna-se estável através do toda a faixa de temperatura, da temperatura ambiente até o ponto de fusão.
O níquel atua como um estabilizador de austenita, permitindo que a estrutura cúbica de face centrada persista mesmo em temperaturas mais baixas. O cromo não só aumenta a resistência à corrosão, mas também contribui para a estabilidade da fase austenítica. Essa combinação de elementos ajuda a manter uma estrutura austenítica, oferecendo benefícios como melhor ductilidade e excelente resistência à corrosão.
Composição química do aço inoxidável austenítico
O aço inoxidável austenítico é composto principalmente de cromo, níquel e carbono, além de outros elementos que melhoram propriedades específicas.
- Cromo (Cr) (15-32%) fornece resistência à corrosão formando uma camada passiva de óxido de cromo que se auto-repara quando exposta ao ar ou à umidade.
- Níquel (Não) (8-37%) estabiliza a estrutura austenítica, melhorando a tenacidade, a ductilidade, a conformabilidade e a resistência à corrosão.
- Carbono (C) é mantido muito baixo, normalmente abaixo de 0,08%, especialmente em graus de baixo carbono como 304L e 316L (abaixo de 0,03%), para minimizar a precipitação de carboneto durante a soldagem, reduzindo assim o risco de corrosão intergranular.
Além disso,
- Manganês (Mn) pode substituir parcialmente o níquel em certas ligas, particularmente na série 200, atuando como um estabilizador de austenita e aumentando a solubilidade do nitrogênio e a resistência à tração, ao mesmo tempo em que reduz os custos de produção.
- Molibdênio (Mãe) (2%-3%) é adicionado para aumentar a resistência à corrosão por pites e frestas, especialmente em ambientes ricos em cloreto, como a água do mar.
- Nitrogênio (N) aumenta a resistência e melhora a resistência à corrosão localizada, particularmente em ligas de alto desempenho.
- Cobre (Com) é ocasionalmente adicionado, especialmente em ligas especializadas, para melhorar a resistência à corrosão em ambientes ácidos específicos, como ácido sulfúrico e fosfórico.
*O aço inoxidável austenítico também pode conter oligoelementos, como silício (Si), fósforo (P), enxofre (S), titânio (Você), nióbio (Nb), e cobalto (Co), mas não os discutiremos em detalhes aqui.
Propriedades do aço inoxidável austenítico
Aqui estão três razões principais que tornam o aço inoxidável austenítico único:
- Excelente resistência à corrosão em muitos ambientes.
- Alta tenacidade e ductilidade, mesmo em baixas temperaturas.
- Não magnético e só pode ser endurecido por trabalho a frio.
Confira a tabela abaixo com as principais propriedades do aço inoxidável austenítico:
| Propriedade | Descrição | Desempenho | Observações |
| Resistência à corrosão | Capacidade de resistir à corrosão e à oxidação. | Excelente em ambientes oxidantes devido ao alto teor de cromo e níquel. | O molibdênio aumenta a resistência à corrosão em ambientes ricos em cloreto. |
| Propriedades mecânicas | Inclui resistência, tenacidade, dureza e ductilidade. | Forte, resistente, com boa ductilidade e dureza moderada. | Alta resistência e tenacidade ajudam a resistir à deformação sob alta tensão, enquanto boa ductilidade evita rachaduras sob tensão. |
| Resistência ao calor | Capacidade de suportar altas temperaturas sem degradação. | Boa resistência à oxidação em altas temperaturas. | A exposição prolongada ao calor extremo pode causar descamação. |
| Desempenho em baixa temperatura | Desempenho do material em ambientes frios. | Tenacidade excepcional, resistente a fraturas frágeis. | Adequado para aplicações criogênicas onde a prevenção da fragilidade é crucial. |
| Formabilidade | Facilidade de moldagem por meio de processos mecânicos. | Excelente conformabilidade, adequado para processos de trabalho a frio e a quente. | Alta maleabilidade o torna ideal para produzir formas complexas. |
| Soldabilidade | Capacidade de ser soldado sem perda de resistência. | Altamente soldável, mantendo a resistência à corrosão. | O tratamento térmico pós-soldagem normalmente é desnecessário, o que o torna ideal para aplicações nas indústrias de construção e automotiva. |
| Usinabilidade | Facilidade de cortar, moldar ou finalizar o material. | Moderado; o endurecimento por trabalho e o desgaste da ferramenta podem ser controlados por meio da otimização. | Usar ferramentas afiadas e velocidades de corte mais baixas pode melhorar a usinabilidade. O trabalho a frio pode aumentar a dureza. |
| Propriedades magnéticas | Tendência a exibir comportamento magnético. | Não magnético, mas pode desenvolver um leve magnetismo após o trabalho a frio. | O trabalho a frio pode induzir um leve magnetismo, o que pode afetar aplicações não magnéticas. |
Vantagens e desvantagens do aço inoxidável austenítico
O aço inoxidável austenítico oferece os seguintes benefícios e vantagens:
- Excelente resistência à corrosão em uma ampla variedade de ambientes.
- Alta ductilidade, facilitando a conformação e soldagem.
- Mantém a resistência em altas temperaturas.
- Resiste à oxidação, mesmo em ar úmido.
- Não magnético na condição recozida.
Ele também enfrenta os desafios e as desvantagens listados abaixo:
- Custo mais alto devido ao uso de elementos de liga como o níquel.
- Suscetível a corrosão sob tensão em determinadas condições.
- Difícil de usinar devido às suas propriedades de endurecimento por trabalho.
- Menor resistência em comparação a outros tipos de aço inoxidável.
- Baixa resistência ao desgaste e à corrosão.
Subgrupos de aço inoxidável austenítico
O aço inoxidável austenítico é dividido em dois subgrupos de AISI Série 200 e o AISI Série 300. Ambas as séries são reconhecidas pelo American Iron and Steel Institute (AISI), pela American Society for Testing and Materials (ASTM) e outras organizações em todo o mundo. A principal diferença é que a Série 200 usa manganês e nitrogênio com menos níquel, enquanto a Série 300 depende de níveis mais altos de cromo e níquel.
Série AISI 200
O aço inoxidável da série AISI 200 forma sua estrutura austenítica adicionando manganês e nitrogênio com uma quantidade reduzida de níquel. O manganês e o nitrogênio mantêm a estrutura austenítica e aumentam a resistência. As classes comuns incluem 201 e 202. É comumente usado em utensílios de cozinha, acabamentos automotivos e equipamentos de processamento de alimentos devido à sua relação custo-benefício.
Série AISI 300
Aço inoxidável AISI série 300 forma sua estrutura austenítica adicionando níveis mais altos de cromo e níquel. O cromo resiste à corrosão, enquanto o níquel adiciona ductilidade e tenacidade. Graus comuns como 304 (18/8 ou A2) e 316 (A4) são amplamente usados. A série 300 é comumente usada em construção, processamento químico e equipamentos médicos devido à sua durabilidade e resistência à corrosão.
Classes de aço inoxidável austenítico
Dê uma olhada nos graus comuns na família do aço inoxidável austenítico:
| Grau | Grau equivalente (UNS/EN) | Descrição | Aplicativos comuns |
| 302 | S30200 / 1.4300 | Uso geral 18-8 | Molas, arruelas, porcas, parafusos, acabamento automotivo |
| 202 | S20200 / 1.4373 | N e Mn substituem parcialmente Ni | Utensílios de cozinha, componentes automotivos, vagões ferroviários, pias |
| 201 | S20100 / 1.4372 | N e Mn substituem parcialmente Ni | Utensílios de cozinha, estruturas de eletrodomésticos, vagões ferroviários, mangueiras |
| 305 | S30500 / 1.4303 | Ni aumentou para diminuir o encruamento | Peças estampadas profundamente, componentes eletrônicos, pias de cozinha, molas |
| 304 | S30400 / 1.4301 | Menor C para melhor resistência à corrosão em estruturas soldadas | Recipientes químicos, equipamentos de cozinha, painéis arquitetônicos, tanques |
| 304L | S30403 / 1.4306, 1.4307 | C reduzido para resistência à corrosão soldada | Componentes estruturais em ambientes de alta temperatura, trocadores de calor, peças de refinaria de petróleo, equipamentos de processamento químico |
| 304N | S30451 / 1.4315 | N adicionado para aumentar a resistência | Componentes estruturais, sistemas de exaustão automotivos, tanques químicos, equipamentos marítimos |
| 304NL | S30453 / 1.4311 | N adicionado para aumentar a resistência | Componentes estruturais em ambientes corrosivos, componentes soldados, peças marítimas, vasos de pressão |
| 303 | S30300 / 1.4305 | S adicionado para usinabilidade | Parafusos, porcas, parafusos, eixos, válvulas |
| 303Se | S30323 / 1.4300 | Se adicionado para melhor usinabilidade | Peças de usinagem de alta precisão, aparelhagem elétrica, válvulas, conectores |
| S30430 | S30430 / 1,4567 | Cu adicionado para melhorar o trabalho a frio | Trocadores de calor automotivos, vasos de pressão, tubos, aplicações arquitetônicas |
| 316 | S31600 / 1.4401 | Mo adicionado para aumentar a resistência à corrosão | Instrumentos médicos, equipamentos marítimos, recipientes químicos, equipamentos de processamento de alimentos |
| 316L | S31603 / 1.4404, 1.4435 | C reduzido para resistência à corrosão soldada | Equipamentos farmacêuticos, aplicações marítimas, tanques de processamento químico, superfícies de preparação de alimentos |
| 316N | S31651 / 1.4429 | N adicionado para aumentar a resistência | Peças de alta resistência em ambientes corrosivos, vasos de pressão, componentes marítimos, dispositivos médicos |
| 316LN | S31653 / 1.4429 | C reduzido, N adicionado para aumentar a resistência | Componentes de reatores nucleares, recipientes criogênicos, equipamentos de processamento químico, tubulações de alta pressão |
| 316F | S31620 / 1.4436 | S e P adicionados para melhorar a usinabilidade | Peças de bombas, componentes de válvulas, eixos, conexões usinadas com precisão |
| 317 | S31700 / 1,4449 | Mais Mo e Cr adicionados para melhor resistência à corrosão | Equipamentos de processo químico, aplicações marítimas, equipamentos farmacêuticos, refinarias petroquímicas |
| 317L | S31703 / 1.4438 | C reduzido para melhores características de soldagem | Equipamentos para a indústria de celulose e papel, tanques químicos, estruturas marítimas, sistemas de dessulfurização de gases de combustão |
| 310, 310S | S31000, S31008 / 1,4840, 1,4845 | Mais Cr e Ni para uma resistência ao calor ainda melhor | Revestimentos de fornos, componentes de fornalhas, câmaras de combustão, trocadores de calor |
| 309, 309S | S30900, S30908 / 1,4828, 1,4833 | Cr e Ni aumentados para resistência ao calor | Peças de forno, trocadores de calor, revestimentos de forno, equipamentos de refinaria |
| 314 | S31400 / 1.4841 | Si aumentado para maior resistência ao calor | Peças de forno, queimadores de gás, câmaras de combustão, trocadores de calor |
| 330 | N08330 / 1.4886 | Ni adicionado para resistir à carburação e ao choque térmico | Peças de forno, componentes de turbina a gás, trocadores de calor, equipamentos de processo químico |
| 302B | S30215 / – | Si adicionado para aumentar a resistência à incrustação | Componentes de fornos, trocadores de calor, coletores automotivos |
| 308 | S30800 / 1.4332 | Maior Cr e Ni, usados principalmente para soldagem | Varetas de solda, materiais de enchimento, sistemas de exaustão de alta temperatura, revestimentos de fornos |
| 321 | S32100 / 1.4541 | Ti adicionado para evitar precipitação de carboneto | Sistemas de exaustão de aeronaves, oxidantes térmicos, peças de fornalhas, trocadores de calor |
| 347 | S34700 / 1.4550 | Nb e Ta adicionados para evitar precipitação de carboneto | Componentes aeroespaciais, equipamentos de alta temperatura, peças soldadas para caldeiras, motores de turbina a gás |
| 348 | S34800 / 1.4551 | Ta e Co restritos para aplicações nucleares | Peças de reatores nucleares, componentes de aeronaves de alta temperatura, componentes de geração de energia, trocadores de calor |
| 205 | S20500 / – | N e Mn substituem parcialmente Ni | Equipamentos comerciais de processamento de alimentos, utensílios de cozinha, tanques de armazenamento, estruturas soldadas |
| 384 | S38400 / – | Mais Ni para reduzir o encruamento | Peças estampadas profundamente, parafusos, porcas, molas, fixadores |
| 329 | S32900 / 1.4460 | (Duplex: Austenita + Ferrita) Cr aumentado e Ni reduzido para resistência à corrosão sob tensão | Tubulações de petróleo e gás, equipamentos marítimos, tanques químicos, vasos de pressão |
Qual é o melhor tipo de aço inoxidável austenítico?
Não existe uma "melhor" classe de aço inoxidável austenítico que sirva para todos. Isso depende de vários fatores. Para fins gerais, o aço inoxidável 304 é comum devido à sua boa resistência à corrosão e facilidade de fabricação. Para maior resistência à corrosão, como em ambientes marinhos, o aço inoxidável 316 é melhor porque contém molibdênio. Para aplicações em alta temperatura, o aço inoxidável 310 é adequado devido à sua excelente resistência ao calor. Cada classe tem seus próprios pontos fortes, portanto, a melhor escolha varia de acordo com as necessidades específicas.
Aplicações do Aço Inoxidável Austenítico
Verifique na tabela abaixo os principais setores e aplicações em que o aço inoxidável austenítico é mais comumente usado:
| Setor | Aplicativo |
| Alimentos e bebidas | Tanques, oleodutos, recipientes de armazenamento, equipamentos de processamento |
| Médico e Farmacêutico | Instrumentos cirúrgicos, dispositivos implantáveis, bandejas de esterilização, equipamentos de diagnóstico |
| Processamento químico | Trocadores de calor, reatores, bombas, válvulas |
| Petróleo e gás | Tubulações, Plataformas Offshore, Vasos de Pressão, Trocadores de Calor |
| Automotivo | Sistemas de exaustão, tanques de combustível, componentes de acabamento, sensores |
| Aeroespacial | Componentes do motor, fixadores, peças estruturais, sistemas de exaustão |
| Construção | Cobertura, Painéis de fachada, Grades, Suportes estruturais |
| Geração de energia | Caldeiras, turbinas, unidades de dessulfuração de gases de combustão, componentes de reatores nucleares |
Aço inoxidável austenítico vs. martensítico vs. ferrítico vs. duplex vs. endurecido por precipitação
Compare as cinco classes de aço inoxidável na tabela abaixo:
| Propriedade | Aço inoxidável austenítico | Aço inoxidável martensítico | Aço inoxidável ferrítico | Aço inoxidável duplex | Endurecido por precipitação |
| Estrutura cristalina | Austenítico (FCC) | Martensítico (BCT) | Ferrítico (BCC) | Austenítico + Ferrítico, geralmente 50% + 50% | Martensítico ou Austenítico + Endurecimento por Precipitação |
| Resistência mecânica | Alta tenacidade, boa ductilidade | Alta resistência, alta dureza | Resistência moderada, boa tenacidade | Alta resistência, resistência superior à fratura | Alta resistência após tratamento térmico |
| Resistência à corrosão | Excelente, especialmente em ambientes ácidos e clorados | Moderado, sujeito à corrosão em ambientes agressivos | Bom, especialmente em ambientes oxidantes | Excelente, especialmente em ambientes clorados e marinhos | Bom, mas menos que os tipos austeníticos ou duplex |
| Soldabilidade | Excelente, impacto mínimo da soldagem | Pobre, requer tratamento térmico prévio e posterior | É necessário tratamento térmico moderado pós-soldagem | Bom, mas a taxa de resfriamento deve ser controlada | Bom, mas é necessário tratamento térmico após a soldagem |
| Tratamento térmico | Não pode ser endurecido por tratamento térmico, o trabalho a frio pode fortalecer | Têmpera e revenimento para ajuste de dureza | Não tratável termicamente, pode ser reforçado por trabalho a frio | Mantém boas propriedades após tratamento térmico | Reforçado pelo tratamento térmico de endurecimento por precipitação |
| Aplicações típicas | Processamento de alimentos, equipamentos químicos, dispositivos médicos | Lâminas, eixos, componentes mecânicos | Sistemas de escapamento automotivo, trocadores de calor | Engenharia naval, oleodutos e gasodutos | Aplicações aeroespaciais, nucleares e de alta resistência |
O que também pode lhe interessar
Agora que você tem um conhecimento mais profundo sobre o aço inoxidável austenítico, ainda há alguns problemas comuns que merecem sua atenção:：
Qual é a diferença entre o aço inoxidável e o aço inoxidável austenítico?
O aço inoxidável refere-se a uma família de ligas à base de ferro conhecidas por sua resistência à corrosão. O aço inoxidável austenítico é um tipo específico dentro desse grupo, conhecido por seu alto teor de cromo e níquel, que aumenta a resistência à corrosão e a tenacidade. É também o tipo de aço inoxidável mais comumente usado, constituindo cerca de 70% de toda a produção de aço inoxidável.
Quais são os outros tipos de aço inoxidável além do aço inoxidável austenítico?
Outros tipos de aço inoxidável incluem aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável martensítico, aço inoxidável duplex e aço inoxidável endurecível por precipitação.
O aço inoxidável austenítico pode enferrujar?
O aço inoxidável austenítico é altamente resistente à ferrugem. Entretanto, ele ainda pode enferrujar em condições extremas, como exposição prolongada à água salgada ou a produtos químicos agressivos, ou se a camada protetora for danificada ou desgastada.
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O aço inoxidável austenítico é magnético?
O aço inoxidável austenítico geralmente não é magnético. Entretanto, ele pode se tornar ligeiramente magnético após o trabalho a frio, como dobra ou conformação, devido à transformação de parte da austenita em martensita.
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O aço inoxidável austenítico é seguro para cozinhar?
Sim, o aço inoxidável austenítico é seguro para cozinhar e é comumente usado em utensílios de cozinha e equipamentos de processamento de alimentos. Sua resistência à corrosão e natureza não reativa o tornam ideal para uso com alimentos e bebidas, evitando a contaminação e preservando o sabor.
Resumo e mais
Este artigo explica brevemente a definição, composição, propriedades, graus, aplicações e outros aspectos importantes do aço inoxidável austenítico. Para saber mais sobre aço inoxidável ou outros tipos de aço, confira nosso blog ou Entre em contato com nossos especialistas em metais.
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