1Cr18Ni9 vs 0Cr18Ni9 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros e profissionais de compras comumente enfrentam uma escolha entre graus de aço inoxidável intimamente relacionados que diferem em um ou dois atributos-chave. As designações 1Cr18Ni9 e 0Cr18Ni9 são usadas em algumas normas regionais para distinguir duas variantes da família de aços inoxidáveis austeníticos 18–9. Os principais fatores de decisão incluem resistência à corrosão versus custo e facilidade de fabricação versus desempenho mecânico. Os contextos de seleção variam de trabalho em vasos de pressão e tubulações a conformação de chapas metálicas, fabricados pesados em soldagem e componentes em contato com alimentos ou médicos.

A principal distinção técnica entre os dois graus é o controle de carbono: uma variante é especificada com uma maior tolerância nominal de carbono, enquanto a outra é uma versão de baixo carbono otimizada para reduzir a sensibilização e melhorar a soldabilidade. Como os teores de cromo e níquel são essencialmente os mesmos, as diferenças de comportamento surgem principalmente da influência do carbono na microestrutura, precipitação (formação de carbonetos), propriedades mecânicas e resposta à soldagem.

1. Normas e Designações

• Equivalentes internacionais comuns e graus intimamente relacionados:
• ASTM/ASME: AISI 304 (carbono regular) e 304L (baixo carbono)
• EN: 1.4301 (≈304) e 1.4307 (≈304L)
• JIS: SUS304 e SUS304L
• GB (China): 1Cr18Ni9 e 0Cr18Ni9 correspondem a variantes de 18–9 de maior carbono e baixo carbono nas especificações nacionais
• Classificação: Ambos são aços inoxidáveis austeníticos (ligas inoxidáveis, resistentes à corrosão); nenhum é um aço-carbono, HSLA ou aço para ferramentas.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A família de aços inoxidáveis 18–9 busca um equilíbrio entre resistência à corrosão (proporcionada em grande parte pelo Cr) e tenacidade/ductilidade (apoiada pelo Ni). O carbono é um elemento menor, mas influente: ele aumenta a resistência e a dureza por meio de efeitos de endurecimento por solução e deformação, mas também promove a precipitação de carbonetos de cromo nas fronteiras dos grãos quando exposto a temperaturas sensibilizadoras (aproximadamente 450–850 °C), o que pode reduzir a resistência à corrosão intergranular.

Composições representativas para os dois graus (faixas indicativas; consulte a especificação ou certificado aplicável para limites exatos) são mostradas abaixo.

Como a liga afeta o desempenho: - Cromo (Cr): elemento primário para passivação e resistência à corrosão; níveis em torno de 17–19% conferem à família 18–9 boa resistência geral à corrosão. - Níquel (Ni): estabiliza a fase austenítica, melhora a tenacidade, ductilidade e resistência à corrosão. - Carbono (C): aumenta a resistência e dureza, mas aumenta o risco de precipitação de carbonetos de cromo (sensibilização), o que reduz a resistência à corrosão intergranular após exposição a certas faixas de temperatura. - Pequenas adições de elementos estabilizadores (Ti, Nb) ou redução do teor de carbono são usadas quando a soldabilidade e a resistência à corrosão intergranular são priorizadas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica: Ambos os graus formam uma estrutura totalmente austenítica (cúbica de face centrada) na condição recozida à temperatura ambiente. Nenhuma martensita é esperada em condições normais para essas ligas austeníticas 18–9, embora o trabalho a frio possa induzir martensita induzida por deformação em algumas circunstâncias.
• Efeito do carbono:
• A variante de maior carbono é mais propensa à precipitação de carbonetos de cromo nas fronteiras dos grãos se mantida dentro da faixa de temperatura sensibilizadora; isso resulta em Cr empobrecido adjacente às fronteiras dos grãos e pode levar à corrosão intergranular em ambientes ácidos ou com cloretos.
• A variante de baixo carbono minimiza a força motriz para a precipitação de carbonetos e, portanto, tem resistência melhorada à sensibilização.
• Tratamento térmico e processamento:
• Recozimento por solução (geralmente ~1.000–1.100 °C) seguido de resfriamento rápido restaura uma matriz austenítica homogênea e dissolve carbonetos para ambos os graus. Para a variante de maior carbono, essa etapa é mais crítica quando os componentes passarão por ciclos de serviço ou térmicos pós-soldagem que podem sensibilizar o material.
• A normalização não é normalmente aplicada a aços inoxidáveis austeníticos; eles são tipicamente fornecidos recozidos/tratados por solução.
• Processamento termo-mecânico (trabalho a frio, alívio de tensões) afeta as propriedades mecânicas (resistência e dureza aumentam com o trabalho a frio); o risco de martensita induzida por deformação e os efeitos subsequentes na corrosão devem ser considerados.

4. Propriedades Mecânicas

Valores quantitativos dependem da forma do produto (chapas, placas, barras), trabalho a frio e tempera. Em vez de números fixos, a comparação prática é:

Explicação: O carbono contribui para o endurecimento por solução sólida e aumenta as resistências ao escoamento e à tração; isso reduz a ductilidade modestamente. A variante de baixo carbono sacrifica uma pequena quantidade de resistência para obter melhor soldabilidade e resistência à corrosão intergranular.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços inoxidáveis austeníticos é geralmente excelente em comparação com aços ferríticos, mas o teor de carbono e outros elementos de liga influenciam a suscetibilidade a trincas a quente e sensibilização pós-soldagem.

Índices empíricos relevantes: - O equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - O equivalente de carbono $P_{cm}$ frequentemente usado para aços inoxidáveis: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - A variante de baixo carbono (0Cr18Ni9) resulta em um termo de carbono mais baixo nesses índices e, portanto, uma menor tendência ao endurecimento e sensibilização pós-soldagem; é preferida para soldagem em múltiplas passagens, seções grossas e aplicações onde a exposição térmica subsequente é provável. - O grau de maior carbono (1Cr18Ni9) pode fornecer resistência ligeiramente maior como soldado, mas aumenta a necessidade de controle da entrada de calor, temperaturas entre passagens e ciclos térmicos pós-soldagem. Onde a corrosão intergranular é uma preocupação, o recozimento por solução pós-soldagem ou o uso de graus de baixo carbono ou estabilizados é comum.

Orientações práticas de soldagem: - Use metais de adição que correspondam ao desempenho mecânico e à resistência à corrosão pretendidos. - Minimize o tempo na faixa de temperatura sensibilizadora para componentes de maior carbono; se impossível, considere o recozimento por solução ou o uso de alternativas estabilizadas (Ti/Nb) ou de baixo carbono. - Para soldagens de espessura pesada e tubulações críticas de Código, o baixo carbono (304L/0Cr18Ni9) é tipicamente especificado para evitar tratamento térmico pós-soldagem.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Ambos os graus alcançam um filme passivo protetor de óxido de cromo e apresentam bom desempenho em ambientes atmosféricos e muitos ambientes aquosos. Nenhum deles contém molibdênio, portanto, não são ideais para ambientes altamente clorados, de fendas ou de água do mar em comparação com graus contendo Mo (por exemplo, 316).
• Efeito do carbono e sensibilização:
• A variante de maior carbono é mais propensa a desenvolver precipitados de carbonetos de cromo nas fronteiras dos grãos após exposição na faixa de sensibilização, o que pode comprometer a resistência à corrosão intergranular.
• A variante de baixo carbono reduz esse risco e, portanto, é preferida onde a soldagem ou a exposição prolongada a temperaturas elevadas poderiam produzir sensibilização.
• Proteção de superfície para aplicações não inoxidáveis: Não aplicável aqui, uma vez que estes são aços inoxidáveis. O índice PREN pode ser usado quando o Mo está presente: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Como os graus típicos 18–9 contêm Mo negligenciável, o PREN oferece discriminação limitada para essas ligas.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Maquinabilidade: Aços inoxidáveis austeníticos são geralmente mais difíceis de usinar do que aços-carbono comuns. O maior teor de carbono pode aumentar ligeiramente o desgaste das ferramentas, mas muitas vezes tem um efeito modesto em relação ao comportamento de endurecimento por trabalho; a maquinabilidade é tipicamente semelhante para ambos os graus, mas depende fortemente do trabalho a frio e do tratamento térmico.
• Conformabilidade: Variantes de baixo carbono (0Cr18Ni9) geralmente apresentam características de conformação e estiramento ligeiramente melhores e menos retorno elástico, o que é uma preocupação para conformação de precisão, tornando-as preferíveis para estampagens complexas.
• Acabamento de superfície: Ambos os graus aceitam bem processos padrão de polimento, passivação e eletropolimento. A presença de carbonetos em material sensibilizado pode afetar a uniformidade da passivação.

8. Aplicações Típicas

Justificativa da seleção: - Escolha a variante de maior carbono quando uma resistência ligeiramente maior no estado processado e um custo de material potencialmente mais baixo forem aceitáveis e o ambiente de fabricação/operação evitar sensibilização ou puder ser controlado. - Escolha a variante de baixo carbono quando houver extensa soldagem, ciclos térmicos pós-soldagem ou risco severo de corrosão intergranular.

9. Custo e Disponibilidade

• Ambos os graus estão amplamente disponíveis em todo o mundo em chapa, placa, barra, tubo e forjados, pois se mapeiam de perto à onipresente família de aços inoxidáveis 18–9 (por exemplo, 304/304L). A disponibilidade por forma de produto é geralmente boa.
• As diferenças de custo são modestas e geralmente são impulsionadas mais pelos preços de níquel e cromo do mercado e pela forma do produto do que pela pequena diferença no teor de carbono. Versões de baixo carbono podem ser ligeiramente mais caras em linhas de produtos especiais (por exemplo, tubulações de pressão certificadas) devido ao controle químico mais rigoroso e requisitos de rastreabilidade.
• Os prazos de entrega são tipicamente comparáveis; especifique o grau exato (e norma) para garantir que a aquisição corresponda aos requisitos de processo e corrosão.

10. Resumo e Recomendação

Conclusão e orientações práticas: - Escolha 1Cr18Ni9 se precisar de um aço inoxidável austenítico padrão 18–9 com resistência ligeiramente maior no estado processado e o serviço ou fabricação pretendidos não incluírem exposição prolongada na faixa de temperatura sensibilizadora ou extensa soldagem em múltiplas passagens sem recozimento pós-soldagem. - Escolha 0Cr18Ni9 se sua prioridade for soldabilidade, conformação profunda/formação e máxima resistência à corrosão intergranular após soldagem ou exposição térmica — típico para tubulações de pressão, tanques e fabricados soldados de alta integridade.

Nota final: Os limites de composição específicos e os requisitos mecânicos dependem da norma reguladora e da forma do produto. Para projetos controlados por código, sempre cite a norma exata (ASTM/EN/GB/JIS) e obtenha certificados de teste de fábrica ou declarações de material que correspondam à sua química, histórico de tratamento térmico e propriedades mecânicas exigidas.