Aço inoxidável ferrítico: Definição, composição, propriedades, processamento, graus, aplicações e muito mais

O aço inoxidável é um material flexível conhecido por sua grande resistência à ferrugem e qualidade duradoura. Ele é fornecido em várias formas, incluindo aço inoxidável austenítico, ferrítico, martensítico, duplex e endurecido por precipitação.

O aço inoxidável ferrítico é diferente do aço austenítico. Ele tem um arranjo cúbico centrado no corpo (BCC) e tem menos níquel. O aço inoxidável ferrítico também é atraído por ímãs e é usado em situações em que essas características são vantajosas.

Este artigo se concentrará no aço inoxidável ferrítico, abordando sua definição, composição, principais propriedades, métodos de processamento e graus comuns. Nosso objetivo é oferecer uma visão geral clara de quando e por que o aço inoxidável ferrítico pode ser a escolha certa para suas necessidades.

O que é aço inoxidável ferrítico?

O aço inoxidável ferrítico é um aço inoxidável com um arranjo cristalino cúbico centrado no corpo (BCC) que é semelhante ao ferro puro em temperatura ambiente. A composição normalmente contém de 10,5% a 18% de cromo (mas uma classe específica pode chegar a 30%) com pouco ou nenhum níquel e baixo teor de carbono. 

É uma das cinco classes de aço inoxidável, amplamente utilizada em sistemas de escapamento automotivo, eletrodomésticos e equipamentos industriais. As classes comuns incluem 430, 409 e 439. É magnético e não pode ser endurecido por meio de tratamento térmico.

Composição química do aço inoxidável ferrítico

O aço inoxidável ferrítico é composto principalmente de ferro, cromo e carbono. O ferro é o principal elemento, constituindo a maior parte da composição. O cromo, que representa 10,5-30%, é o principal aditivo que confere resistência à corrosão. O teor de carbono é baixo, normalmente inferior a 0,1%, o que mantém o aço macio e maleável. Outros elementos, como molibdênio, alumínio e titânio, podem estar presentes em quantidades menores para melhorar propriedades específicas.

Ferro, Fe	Cromo, Cr	Carbono, C	Manganês, Mn	Silício, Si	Fósforo, P	Enxofre, S	Níquel, Ni	Molibdênio, Mo
Equilíbrio	10.5-30%	≤ 0,12%	≤ 1,00%	≤ 1,00%	≤ 0,040%	≤ 0,030%	≤ 0,50%	≤ 1,00%

Propriedades do aço inoxidável ferrítico

Os três recursos a seguir são as características mais importantes do aço inoxidável ferrítico.

• Resistência à corrosão: O aço inoxidável ferrítico resiste bem à corrosão, especialmente em ambientes com cloretos, devido ao seu teor de cromo 11-30%.
• Magnetismo: É magnético, ao contrário do aço inoxidável austenítico, o que o torna útil no aquecimento por indução.
• Formabilidade: Tem boa conformabilidade, semelhante à do aço carbono, ideal para peças complexas.

Essas características estão ligadas às propriedades químicas, físicas e mecânicas do aço inoxidável ferrítico, que garantem sua confiabilidade e eficácia. Vamos explorá-las em detalhes.

Propriedades químicas

As propriedades químicas do aço inoxidável ferrítico envolvem seu comportamento em ambientes químicos, principalmente a resistência à corrosão e à oxidação, sendo as principais propriedades:

Propriedade química	Desempenho	Descrição
Resistência à corrosão	Reação leve.	Boa resistência à oxidação e à corrosão.
Resistência a rachaduras relacionadas ao estresse (SCC)	Reação muito baixa.	Maior resistência em comparação com os aços inoxidáveis austeníticos, especialmente em ambientes com cloretos.
Resistência à corrosão localizada e à corrosão em frestas	Reação moderada.	Resistência moderada em ambientes com cloretos.
Baixa suscetibilidade à fragilização por hidrogênio	Reação mínima.	Menor suscetibilidade, adequado para exposição ao hidrogênio.
Estabilidade química	Nenhuma reação.	Estável em vários ambientes químicos.
Resistência à oxidação	Nenhuma reação.	Forte resistência à ferrugem em altas temperaturas.

Propriedades físicas

As propriedades físicas do aço inoxidável ferrítico são fundamentais para selecioná-lo para usos industriais e de engenharia, especialmente em aplicações magnéticas e de troca de calor. A seguir, examine as características físicas importantes na tabela abaixo:

Propriedade física	Valores específicos	Descrição
Densidade	7,7-8,1 g/cm³	Densidade relativamente alta, proporcionando estabilidade em aplicações estruturais.
Condutividade térmica	16-25 W/m-K	Boa capacidade de transferência de calor, tornando-o adequado para usos de troca de calor.
Expansão térmica	10-12 µm/m-K	Menor expansão térmica em comparação com os aços inoxidáveis austeníticos, reduzindo o risco de distorção térmica.
Resistência ao calor	Até 800°C	Mantém a resistência e resiste à ferrugem em altas temperaturas.
Resistividade elétrica	600-750 nΩ-m	Resistência elétrica moderada, é usada em situações em que a condutividade elétrica não é essencial.
Permeabilidade magnética	500-2000 H/m	Alta permeabilidade magnética, ideal para aplicações magnéticas.
Ponto de fusão	1425-1510°C	Alto ponto de fusão, garantindo durabilidade em condições de alta temperatura.

Propriedades mecânicas

As características físicas do aço inoxidável ferrítico determinam sua resistência e durabilidade em aplicações de construção. Leia a tabela abaixo para conhecer as principais propriedades mecânicas:

Propriedade mecânica	Valores específicos	Descrição
Resistência à tração	400-600 MPa	A maior força que ele pode suportar ao ser esticado ou puxado.
Resistência ao rendimento	250-450 MPa	A tensão na qual ele começa a mudar de forma permanentemente.
Alongamento	20-30%	A capacidade de esticar antes de quebrar.
Dureza	150-200 HB	Resistência à indentação ou arranhões.
Módulo de elasticidade	200 GPa	A relação entre força e alongamento na deformação elástica.
Resistência ao impacto	Moderado	Capacidade de absorver energia e resistir a impactos.
Propriedade magnética	Alta	Fortes propriedades magnéticas, o que o torna adequado para aplicações magnéticas.
Robustez	Moderado	A capacidade de absorver energia e se deformar permanentemente sem quebrar.
Formabilidade	Bom	Facilidade de moldagem nos formatos desejados.
Soldabilidade	Bom	Ele pode ser soldado sem perder a resistência ou a durabilidade.
Resistência à fadiga	Moderado	Resistência a danos sob carga cíclica.

Quer saber mais sobre as características dos aços austeníticos? Leia este artigo Artigo de visão geral da austenita.

Processamento de aço inoxidável ferrítico

Diferentemente do aço inoxidável austenítico, martensítico, duplex e de endurecimento por precipitação, o aço inoxidável ferrítico requer um manuseio específico durante a produção. A seguir, exploraremos esses métodos de processamento exclusivos e os problemas que exigem atenção.

1. Formação

O aço inoxidável ferrítico começa com um processo simples de fusão e fundição. Em seguida, ele é facilmente moldado, assim como o aço carbono. Ao contrário do aço inoxidável austenítico, o aço ferrítico não endurece significativamente durante a conformação, portanto, não requer recozimento frequente.

2. Tratamento térmico

O aço inoxidável ferrítico normalmente passa por tratamento de solução e recozimento para aliviar a tensão e melhorar a ductilidade. Diferentemente do aço martensítico, ele é resfriado a ar em vez de temperado. Não pode ser reforçado por aquecimento, como os aços de endurecimento por precipitação.

É necessário ter cuidado para evitar a fragilização a 475°C, que pode ocorrer com a exposição prolongada, levando à redução da resistência.

3. Laminação a frio

A laminação a frio do aço inoxidável ferrítico ajuda a manter suas propriedades magnéticas, ao contrário do aço austenítico, que pode perder o magnetismo durante esse processo. A resistência e a dureza do aço ferrítico aumentam significativamente após a laminação a frio. 

No entanto, sua conformabilidade é relativamente ruim, tornando-o propenso a enrugamento e deformação durante o processo. Para garantir uma boa qualidade de conformação, os parâmetros de laminação, como redução e velocidade de laminação, devem ser cuidadosamente controlados.

4. Usinagem

Trabalhar com aço inoxidável ferrítico é geralmente mais fácil do que trabalhar com aço inoxidável austenítico. Ele apresenta menos escoriações, o que o torna mais manejável para várias operações de usinagem. Sua microestrutura estável contribui para o desempenho consistente da usinagem.

5. Soldagem

A soldagem de aço inoxidável ferrítico requer cuidados para evitar o crescimento de grãos e a fragilidade. Os métodos comuns incluem TIG, MIG e soldagem por pontos. Diferentemente do aço austenítico, o aço ferrítico pode precisar de tratamento térmico pós-soldagem para restaurar a resistência. 

Sua menor expansão térmica ajuda a reduzir a distorção da soldagem. Para evitar a sensibilização, é importante soldar em temperaturas mais baixas e minimizar a entrada de calor.

Transformação de fase do aço inoxidável ferrítico

A transformação de fase no aço inoxidável ferrítico, vital na soldagem e no tratamento térmico, é impulsionada principalmente por sua composição de liga, especialmente o cromo e outros elementos. Esta seção aborda os principais aspectos dessas transformações.

Fase de ferrite estável:

O aço inoxidável ferrítico permanece principalmente na fase de ferrita cúbica centrada no corpo (BCC). Essa fase é estável desde a temperatura ambiente até cerca de 912 °C.

Conteúdo de cromo e estabilidade de fase:

• Alto teor de cromo (11-30%): O aço normalmente resiste à transformação em outras fases, mesmo em altas temperaturas.
• Temperatura de transformação de fase:
  • Normalmente, ocorre acima de 950°C.
  • Nessa temperatura, a ferrita pode se transformar em austenita, especialmente quando influenciada por determinados elementos de liga.

Efeitos dos níveis de cromo:

• Em torno de 13% Cromo: O aço muda de ferrita para austenita e de volta para ferrita à medida que esfria.
• Resfriamento rápido com carbono: Isso pode formar martensita, que mais tarde pode ser temperada de volta à ferrita.
• Mais de 17% Cromo: O aço permanece na fase ferrítica em todas as temperaturas.
• Acima de 25% Cromo: A fase σ pode se formar, levando à fragilidade em temperatura ambiente.

Sensibilização em aço inoxidável ferrítico

A sensibilização ocorre quando o aço inoxidável ferrítico é exposto a 450°C a 850°C. Nessa faixa, os carbonetos de cromo se formam nos limites dos grãos, reduzindo o cromo e levando a uma menor resistência à corrosão. Isso torna o aço mais propenso à corrosão intergranular. Para evitar isso, é necessário um controle cuidadoso do calor durante a soldagem e o tratamento térmico.

Quais são as vantagens e desvantagens do aço inoxidável ferrítico?

Embora o aço inoxidável ferrítico tenha vantagens exclusivas que o tornam adequado para aplicações específicas, ele também tem algumas desvantagens devido às suas propriedades inerentes. Essas desvantagens podem ser resolvidas por meio de vários métodos. Compreender esses prós e contras é fundamental para escolher o material certo para suas necessidades.

Vantagens do aço inoxidável ferrítico

• Resistência à corrosão: O aço inoxidável ferrítico oferece boa resistência à oxidação e à corrosão, principalmente em ambientes amenos.
• Propriedades magnéticas: Mantém as propriedades magnéticas, o que pode ser vantajoso em determinadas aplicações, como o aquecimento por indução.
• Formabilidade: É fácil de moldar e pode ser trabalhado como o aço carbono, o que o torna adequado para projetos complexos.
• Força e resistência: O aço inoxidável ferrítico oferece uma boa combinação de resistência e durabilidade para muitos usos.
• Custo-benefício: Normalmente, custa menos do que os aços inoxidáveis austeníticos devido aos menores custos de liga.

Desvantagens e como lidar com elas

• Menor tenacidade: O aço inoxidável ferrítico pode ser menos resistente em temperaturas mais baixas. Melhore a resistência com graus de liga ou tratamento térmico pós-soldagem.
• Capacidade limitada de tratamento térmico: Não pode ser tratado termicamente para obter maior resistência. Materiais como aços austeníticos ou aços martensíticos são usados para essas aplicações.
• Suscetibilidade à sensibilização: Ele pode se tornar sensível a temperaturas específicas. Evite essas temperaturas e controle cuidadosamente as taxas de aquecimento e resfriamento.
• Problemas de soldabilidade: A soldagem pode ser difícil devido à possível fragilidade. Use os métodos de soldagem corretos e aplique tratamento térmico após a soldagem para lidar com esses problemas.

Classes e aplicações comuns de aço inoxidável ferrítico

O aço inoxidável ferrítico inclui vários tipos, cada um com qualidades específicas para diferentes aplicações. Conhecer esses tipos e suas aplicações ajuda a escolher o material certo para as diversas necessidades.

Tipo de aço ferrítico	Área de aplicação	Aplicativos específicos
304	Uso geral	Equipamentos de cozinha, acabamento automotivo, eletrodomésticos
430	Eletrodomésticos	Interiores de lavadoras de louça, revestimentos de fornos, pias de cozinha
446	Alta temperatura	Peças de fornos, trocadores de calor, sistemas de exaustão
409	Automotivo	Sistemas de exaustão, conversores catalíticos, acabamento automotivo
444	Ambientes corrosivos	Equipamentos de processamento químico, aplicações marítimas
409L	Automotivo e industrial	Sistemas de exaustão, componentes automotivos, maquinário industrial
430F	Usinagem	Eixos de precisão, parafusos, porcas e outros fixadores
441	Automotivo e aeroespacial	Sistemas de exaustão, componentes de motores, aplicações aeroespaciais

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Aqui, abordamos outros aspectos importantes e perguntas frequentes para ajudá-lo a fazer escolhas informadas sobre o aço inoxidável ferrítico.

Como identificar o aço inoxidável ferrítico?

O aço inoxidável ferrítico pode ser reconhecido por suas características magnéticas e seu arranjo cristalino cúbico centrado no corpo (BCC). Geralmente contém cromo e tem menos níquel em comparação com o aço inoxidável austenítico.

O aço inoxidável da série 400 é ferrítico?

Sim, os aços inoxidáveis da série 400 geralmente são ferríticos. Classes como 409 e 430 são exemplos comuns de aço inoxidável ferrítico.

O aço inoxidável da série 300 é ferrítico?

Não, o Aço inoxidável série 300s são principalmente austeníticos. Eles contêm quantidades maiores de níquel e cromo, o que resulta em uma estrutura austenítica em vez de ferrítica.

Qual é a diferença entre o aço inoxidável ferrítico e o austenítico?

Os aços inoxidáveis ferríticos têm uma estrutura cúbica centrada no corpo (BCC), são magnéticos e têm menor teor de níquel. Aços inoxidáveis austeníticos têm uma estrutura cúbica de face centrada (FCC), não são magnéticos e contêm mais níquel e cromo.

A ferrita é mais forte do que a austenita?

Os aços inoxidáveis ferríticos geralmente são menos fortes do que os aços austeníticos, mas oferecem melhor resistência a rachaduras por corrosão sob tensão. Os aços inoxidáveis austeníticos geralmente oferecem maior resistência e tenacidade.

Resumo e mais

Este artigo explica resumidamente a definição, a composição, as propriedades, os graus, as aplicações e outros aspectos importantes do aço inoxidável ferrítico. Para saber mais sobre o aço inoxidável ou outros tipos de aço, consulte nosso blog ou Entre em contato com nossos especialistas em metais.

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