304 vs 204Cu – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam um compromisso ao selecionar entre um aço inoxidável austenítico bem estabelecido como o 304 e alternativas de baixo níquel, como o 204Cu. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar resistência à corrosão contra custo do material, escolher a soldabilidade e conformabilidade ótimas para a fabricação e selecionar o nível de resistência adequado para estruturas de suporte de carga ou de espessura fina.

A principal distinção entre essas duas ligas é a estratégia de liga: o 304 depende de um maior teor de níquel para estabilizar a austenita e fornecer ampla resistência à corrosão e conformabilidade, enquanto o 204Cu reduz o teor de níquel e utiliza uma liga alternativa — notavelmente maior manganês e cobre adicionado — para manter a austenita e aumentar a resistência. Essa diferença gera comportamentos divergentes em desempenho de corrosão, propriedades mecânicas, soldabilidade e custo.

1. Normas e Designações

• 304: As designações comuns incluem UNS S30400 / S30403 (304L), EN 1.4301 (304), ASTM A240 / A276 / A312 (varia conforme a forma do produto), JIS SUS304.
• Categoria: Aço inoxidável austenítico (uso geral).
• 204Cu: As designações comuns incluem UNS S20430 (às vezes listado como AISI 204Cu na literatura do fornecedor); as designações equivalentes EN/JIS podem não ser padronizadas entre todos os fornecedores.
• Categoria: Aço inoxidável austenítico, variante de baixo níquel e contendo cobre (projetado como uma alternativa de custo reduzido à série 300).

Nota: Os números exatos das normas e as formas de produtos disponíveis (chapas, bobinas, barras, tubos) dependem da região e do fornecedor; verifique a norma aplicável para compras críticas.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

As faixas de composição típicas são mostradas abaixo. Os limites exatos dependem da norma ou do fornecedor; a tabela fornece faixas nominais representativas usadas na prática comercial.

Elemento	304 (faixa típica, % em peso)	204Cu (faixa típica, % em peso)
C	≤ 0.08	≤ 0.08
Mn	≤ 2.0	~5.5 – 7.5
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	18.0 – 20.0	18.5 – 20.0
Ni	8.0 – 10.5	~3.5 – 5.0
Mo	≤ 0.25 (traço)	≤ 0.25 (geralmente nenhum)
V	—	—
Nb	—	—
Ti	—	—
B	—	—
Cu	≤ 0.50 (traço)	~1.0 – 2.0
N	≤ 0.10	até ~0.20 (varia conforme o produto)

Como a liga afeta o desempenho: - O níquel é o estabilizador clássico da austenita e confere ao 304 sua excelente ductilidade, tenacidade e resistência à corrosão em muitos ambientes. - No 204Cu, a redução de níquel é compensada por maior manganês e nitrogênio controlado; o cobre é adicionado para auxiliar na estabilidade da austenita e aumentar a resistência através de efeitos de solução sólida/trabalho a frio e mitigar certos modos de trincamento. - O teor de cromo em ambas as ligas fornece passividade básica e resistência a picadas; a ausência de Mo limita a adequação em ambientes altamente carregados de cloreto ou de fendas em comparação com ligas contendo Mo. - O maior Mn e N alteram o endurecimento por trabalho e a resistência mecânica; o cobre modifica o comportamento mecânico e pode melhorar a resistência a alguns modos de trincamento por corrosão sob tensão em certas condições, mas não substitui o amplo desempenho de corrosão de ligas de maior níquel em condições agressivas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• 304: A microestrutura típica é totalmente austenítica (fase γ) após o recozimento padrão (aprox. 1000–1100 °C, resfriamento rápido). Não é endurecível por métodos de têmpera/temperagem térmica (sem transformação martensítica ao resfriar), mas um fortalecimento significativo é alcançado por trabalho a frio, que aumenta a densidade de discordâncias e eleva as resistências de escoamento/tensão.
• 204Cu: Também projetado para ser austenítico na condição recozida. O alto Mn e Cu, além de possíveis adições de N, ajudam a estabilizar a austenita sem alto Ni. A microestrutura sob processamento padrão é austenítica, mas com uma maior tendência a endurecer por trabalho. O cobre permanece em solução sólida e pode modificar ligeiramente a energia de falha de empilhamento e as interações de discordâncias.
• Rotas de tratamento térmico:
• Recozimento e têmpera: Restaura a ductilidade e resistência à corrosão para ambas as ligas; necessário após trabalho a frio ou soldagem para aliviar o endurecimento por trabalho e dissolver produtos de sensibilização (a sensibilização é principalmente um problema com carbono e exposição térmica).
• Processamento termo-mecânico: A laminação a frio ou ciclos de recozimento controlado aumentarão a resistência via endurecimento por deformação; o 204Cu geralmente alcança incrementos de resistência mais altos a partir do trabalho a frio do que o 304 devido ao seu equilíbrio de liga.
• Nenhuma das ligas é endurecida por rotas convencionais de têmpera e temperagem de aço, pois ambas são aços inoxidáveis austeníticos; o endurecimento por precipitação não é aplicável.

4. Propriedades Mecânicas

Os valores variam conforme a forma do produto (laminado a frio vs recozido, chapa vs barra) e o fabricante. Os seguintes são intervalos típicos indicativos para chapa/bobina de aço inoxidável recozido; verifique as fichas técnicas do fornecedor para requisitos de compra precisos.

Propriedade (recozido, indicativo)	304	204Cu
Resistência à tração (MPa)	~500 – 700	~550 – 750
Resistência de escoamento (0.2% offset, MPa)	~200 – 300	~250 – 350
Alongamento (% em 50 mm)	~40 – 60	~30 – 50
Tenacidade ao impacto (Charpy V, temperatura ambiente)	Alta, tipicamente boa tenacidade	Geralmente boa; pode ser um pouco menor quando comparado na mesma espessura devido à maior resistência
Dureza (HRB / HB)	~70 – 100 HRB (≈150 – 220 HB)	Um pouco mais alta em média devido à liga / endurecimento por trabalho

Interpretação: - O 204Cu é tipicamente um pouco mais forte em ambas as resistências de escoamento e tração no estado recozido e especialmente após trabalho a frio, devido à química de Mn/N/Cu e maior taxa de endurecimento por trabalho. - O 304 geralmente apresenta maior ductilidade e ligeiramente melhor tenacidade para espessuras e históricos de processamento equivalentes, tornando-o preferido onde são necessários conformações profundas ou severas. - Ambas as ligas mantêm boa tenacidade em temperaturas ambiente; a tenacidade a baixas temperaturas e os valores de impacto específicos dependem do teor de nitrogênio e do processamento.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende da composição (carbono, Mn, Ni, Cu, N), ciclos térmicos e design da junta.

Índices importantes: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Equivalente de cromo (Pcm) para suscetibilidade a trincamento a frio: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - 304: Menor Mn e maior Ni geralmente proporcionam excelente soldabilidade, baixa tendência a trincamento a quente e boa resistência à corrosão intergranular se ligas de baixo carbono (304L) ou práticas adequadas de recozimento pós-soldagem forem utilizadas. - 204Cu: Maior Mn e Cu aumentam os termos nas expressões CE/Pcm e podem elevar a endurecibilidade e o risco de trincamento em condições específicas; no entanto, o 204Cu é tipicamente produzido e qualificado para ser soldável com procedimentos padrão (TIG, MIG, soldagem por resistência) quando metais de adição e designs de juntas apropriados são utilizados. Temperaturas de pré-aquecimento e interpassagem geralmente não são necessárias para seções finas, mas consumíveis de soldagem e tratamento pós-soldagem devem ser selecionados com cuidado. - Nota prática: Como o 204Cu tem menor Ni, a seleção de consumíveis de adição e o controle da diluição são importantes para manter o desempenho de corrosão e a microestrutura austenítica na solda. Onde o serviço é rico em cloreto, o uso de metal de solda de liga 316 ou superior pode ser justificado.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• 304: Boa resistência geral à corrosão em ambientes atmosféricos, químicos leves e alimentares. Suscetível a picadas de cloreto e corrosão de fenda em meios agressivos carregados de cloreto; não recomendado para água do mar ou ambientes altamente ácidos carregados de cloreto sem medidas de proteção.
• 204Cu: Projetado para fornecer resistência à corrosão comparável ao 304 em muitos ambientes leves a moderados. Como o Ni é reduzido, a resistência a picadas e fendas pode ser semelhante, mas depende dos níveis exatos de Cr/N e da presença de Mo (geralmente ausente). O cobre pode proporcionar melhorias modestas na resistência contra certas concentrações de ácido sulfúrico e pode influenciar a resistência ao trincamento por corrosão sob tensão em algumas condições, mas não substitui amplamente os benefícios das ligas de maior Ni em aplicações severas de cloreto ou alta temperatura.

Uso de índices: - O Número Equivalente de Resistência a Picadas (PREN) é útil quando Mo e N variam: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Para ambos 304 e 204Cu (Mo ≈ 0), o PREN é impulsionado por Cr e N; ambos geralmente têm valores moderados de PREN e não são considerados ligas de alta resistência a picadas.

Proteção de superfície para acabamentos não inoxidáveis: - Se opções não inoxidáveis ou de baixa liga forem consideradas, galvanização, pintura ou revestimentos poliméricos são padrão. Tanto o 304 quanto o 204Cu são tipos inoxidáveis; se proteção adicional for necessária (por exemplo, em atmosferas marinhas), recomenda-se revestimentos ou uso de ligas mais resistentes à corrosão.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformação: O 304 é geralmente superior para conformação profunda e severa devido à maior ductilidade e menor taxa de endurecimento por trabalho em muitas condições de têmpera. O 204Cu, embora conformável, apresenta maior endurecimento por trabalho, portanto, mais força de conformação e recozimentos intermediários podem ser necessários para raios apertados ou formas complexas.
• Maquinabilidade: Aços inoxidáveis austeníticos endurecem rapidamente por trabalho; a maior resistência e tendência de endurecimento por trabalho do 204Cu podem diminuir a maquinabilidade em comparação com o 304. Ferramentas adequadas, montagens rígidas e controle de cavacos são essenciais para ambos; o 204Cu pode exigir parâmetros de corte mais agressivos ou ferramentas de metal duro para uma usinagem eficiente.
• Acabamento de superfície: Ambos aceitam acabamentos padrão (polido, escovado). A presença de cobre no 204Cu pode afetar ligeiramente a cor/aparência e pode influenciar ciclos de gravação/desoxidação; siga as orientações do fornecedor para tratamentos químicos.
• Recomendação de conformação/fabricação: Para peças de estampagem de alto volume ou conformação profunda, prefira o 304, a menos que compromissos de custo/resistência ou ambiente de corrosão justifiquem o 204Cu. Para conformação estrutural de alta espessura onde a resistência é uma prioridade, a maior resistência do 204Cu pode ser vantajosa.

8. Aplicações Típicas

304 (usos típicos)	204Cu (usos típicos)
Equipamentos de processamento de alimentos, eletrodomésticos, pias, dispositivos médicos, acabamentos arquitetônicos	Painéis de eletrodomésticos, componentes de HVAC, acabamentos decorativos, bens de consumo onde custo mais baixo e resistência à corrosão razoável são suficientes
Trocadores de calor, equipamentos de processo químico em ambientes leves	Trocadores de calor e tubulações em ambientes não agressivos, móveis e acessórios
Fixadores, tanques e tubulações em serviço não clorado	Aplicações onde o teor reduzido de níquel é desejável por razões de custo ou fornecimento, componentes estruturais leves

Racional de seleção: - Escolha 304 onde resistência à corrosão comprovada, conformabilidade e ampla história de aplicação são necessárias — especialmente onde há contato com alimentos, agentes de limpeza ou exposição moderada ao cloreto. - Escolha 204Cu onde o teor reduzido de níquel diminui o custo e onde o ambiente não é agressivamente carregado de cloreto, e onde resistência moderadamente maior e boa aparência de superfície são necessárias.

9. Custo e Disponibilidade

• 304 é uma das ligas inoxidáveis mais amplamente produzidas e estocadas em todo o mundo; a disponibilidade em chapa, bobina, placa, barra e tubo é excelente. O custo está fortemente ligado aos preços de mercado do níquel; quando o Ni está alto, o 304 é correspondentemente mais caro.
• 204Cu é uma alternativa de baixo níquel e geralmente é precificada mais baixa que o 304 quando os prêmios de níquel são significativos. A disponibilidade está crescendo, mas pode ser mais limitada em algumas formas ou tamanhos; os prazos de entrega e as quantidades mínimas de pedido podem variar conforme o fornecedor e a região.
• Para compras de alto volume, avalie as tendências de mercado de níquel a longo prazo e os estoques de fornecedores locais; formas ou tamanhos de pequenos lotes ou especiais podem favorecer o 304 devido ao suporte mais amplo dos fornecedores.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Métrica	304	204Cu
Soldabilidade	Excelente (bem caracterizado)	Boa com consumíveis e controles adequados
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Resistência moderada, alta ductilidade & tenacidade	Maior resistência, boa tenacidade; menos dúctil no mesmo estado
Custo	Mais alto (sensível ao preço do Ni)	Mais baixo (Ni reduzido; cobre compensa)

Conclua com orientações de seleção: - Escolha 304 se precisar de resistência à corrosão comprovada e ampla (especialmente em ambientes alimentares, médicos ou expostos ao cloreto), máxima conformabilidade para conformação profunda e a maior disponibilidade de mercado de formas de produtos e consumíveis de soldagem. - Escolha 204Cu se a compra for sensível ao custo ou a disponibilidade de níquel for um problema, e o ambiente de serviço for leve a moderado (condições de cloreto não agressivas). O 204Cu oferece maior resistência como fabricado e pode ser um bom substituto para chapas, painéis e peças estruturais leves onde as demandas de conformabilidade são moderadas e o ambiente de corrosão não é severo.

Nota final: Ambas as ligas têm papéis legítimos na manufatura moderna. Para serviços críticos de segurança, expostos ao cloreto ou altamente corrosivos, considere ligas inoxidáveis de maior liga ou contendo molibdênio (por exemplo, 316 ou superausteníticos). Sempre confirme os limites químicos e mecânicos exatos com as fichas técnicas do fornecedor e realize qualificação específica para a aplicação (testes de soldagem, testes de corrosão, testes de conformação) antes da seleção final do material.