316 vs 310S – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam a escolha entre os aços inoxidáveis 316 e 310S ao especificar peças para ambientes corrosivos ou de alta temperatura. A decisão geralmente equilibra resistência à corrosão e soldabilidade com resistência a altas temperaturas e resistência à oxidação, além de considerações de custo inicial e fornecimento. Embora ambos sejam aços inoxidáveis austeníticos e compartilhem muitas características de fabricação, o 316 é geralmente selecionado para ambientes com cloretos e aplicações sensíveis à soldabilidade, enquanto o 310S é escolhido quando se requer resistência sustentada à oxidação em alta temperatura e resistência à fluência.

A principal distinção prática é que o 316 enfatiza maior resistência à corrosão (especialmente à corrosão localizada por pite) por meio da liga de molibdênio, enquanto o 310S enfatiza a estabilidade em alta temperatura e resistência à oxidação devido ao maior teor de cromo e níquel. Essas diferentes estratégias de liga resultam em diferenças no comportamento mecânico, resposta à fabricação e adequação para aplicações específicas.

1. Normas e Designações

• Normas e especificações comuns:
• ASTM/ASME: 316 (família A240/A312/A403, UNS S31600 / S31603 para o 316L baixo carbono) e 310S (A240, UNS S31008).
• EN: equivalentes 1.4401 / 1.4404 para 316 / 316L; 1.4845 para 310S.
• JIS: SUS316 / SUS316L e SUS310S.
• GB: nomenclatura 06Cr19Ni10 (aprox. 316), 0Cr25Ni20 (aprox. 310S) pode ser encontrada.
• Classificação: ambos são aços inoxidáveis austeníticos. Não são aços carbono, aços ferramentas ou ligas HSLA.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir apresenta faixas típicas de composição para graus comerciais recozidos. As faixas variam conforme norma e produtor; valores abaixo são representativos.

Estratégia de liga e efeitos: - O cromo (Cr) forma a película passiva de óxido e confere resistência à oxidação em alta temperatura. O 310S possui Cr significativamente maior para melhor resistência à formação de óxidos (escala) em temperaturas elevadas. - O níquel (Ni) estabiliza a fase austenítica e melhora tenacidade e ductilidade; o 310S tem maior Ni para manter ductilidade em altas temperaturas e resistir à fluência. - O molibdênio (Mo) no 316 aumenta a resistência à pite e corrosão localizada em ambientes com cloretos, além de resistência localizada à corrosão, não presente no 310S. - O teor de carbono influencia a precipitação de carbonetos e a sensibilização; variantes baixo carbono (316L / 310S) reduzem o ataque intergranular após soldagem. - Pequenas adições (Nb, Ti) são usadas em graus estabilizados para ligar o carbono e evitar sensibilização.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura: Ambos 316 e 310S são totalmente austeníticos (cúbico de face centrada) na condição típica recozida à temperatura ambiente. Não transformam-se martensiticamente durante o resfriamento.
• Resposta ao tratamento térmico:
• Recozimento de solução (por exemplo, 1.040–1.100°C) seguido de resfriamento rápido é o tratamento padrão para dissolver precipitados e restaurar resistência à corrosão em ambas ligas.
• Nenhum dos dois graus pode ser significativamente endurecido por tratamentos convencionais de têmpera e revenimento; o fortalecimento ocorre por trabalho a frio ou por endurecimento por solução sólida em alta temperatura (ex.: 310S).
• Em temperaturas intermediárias (aproximadamente 450–900°C), ambas ligas são suscetíveis à precipitação da fase sigma ou carbonetos se mantidas por tempo suficiente; o maior teor de Ni do 310S melhora a estabilidade da fase em algumas temperaturas, enquanto o Mo do 316 pode incentivar a formação da sigma sob certas condições. Tratamentos térmicos apropriados e uso de variantes baixo carbono ou estabilizadas mitigam a sensibilização.
• Processamento termomecânico (laminação, forjamento) seguido de recozimento apropriado gera austenita com grão fino em ambas ligas; trabalho a frio aumenta resistência, porém também a encruamento e reduz ductilidade.

4. Propriedades Mecânicas

Faixas típicas das propriedades à temperatura ambiente, na condição recozida (nota: valores reais dependem da forma do produto, espessura e fornecedor):

Interpretação: - O 310S normalmente apresenta maior resistência à tração e limite de escoamento na condição recozida devido ao enriquecimento em liga e maior endurecimento por solução sólida (mais Cr e Ni). - O 316 geralmente mostra maior ductilidade e tende a ser mais tenaz em temperaturas ambiente e subambientais, auxiliado pelo seu conteúdo de Ni e contribuição menor de endurecimento por solução sólida do Cr. - Nenhum dos graus é projetado para dureza elevada no estado recozido; trabalho a frio aumenta a resistência às custas da ductilidade.

5. Soldabilidade

Os aços inoxidáveis austeníticos estão entre as famílias mais soldáveis, mas diferenças práticas importam.

• Fatores:
• Teor de carbono, elementos residuais e composição da liga influenciam susceptibilidade a trincas a quente, modo de solidificação e resistência à corrosão pós-soldagem.
• Por serem ambos austeníticos, o risco de transformação martensítica e de trincas relacionadas à endurecimento é baixo.
• Índices úteis:
• Equivalente de carbono para weldabilidade geral:
  $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Valores maiores indicam maior endurecimento e potencial para trincas em aços ferríticos; para austeníticos essa fórmula é usada qualitativamente para comparar efeitos de liga.
• Parâmetro de soldagem para aços inoxidáveis:
  $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Valores maiores de $P_{cm}$ indicam maior propensão a trincas intergranulares durante a soldagem.
• Interpretação qualitativa:
• O 316 beneficia-se do Mo para resistência à corrosão e apresenta CE/Pcm moderados; é facilmente soldado com metais de adição padrão (ex.: 316/316L ou 309 para juntas dissimilares) e mantém boa ductilidade na ZTA. Uso de graus baixo carbono ou estabilizados diminui a sensibilização.
• O 310S solda-se bem em muitas condições, mas seu maior teor de liga pode aumentar a suscetibilidade a trincas por solidificação e torna crítica a escolha do metal de adição e práticas pré/post-soldagem, especialmente em seções pesadas e soldagens multipasse. Metais 310/310L ou 309 para juntas dissimilares são comuns.
• Aquecimento prévio raramente é necessário para ambos os graus por razões metalúrgicas, porém atenção ao aporte térmico, temperatura entre passes e composição do metal de adição é importante para controlar distorção e evitar precipitação da fase sigma.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Comportamento inoxidável:
• O uso do PREN (Número Equivalente de Resistência à Pite) auxilia na comparação da resistência à corrosão localizada:
  $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
  • O teor de Mo do 316 eleva o PREN em relação ao 310S, conferindo ao 316 melhor resistência à corrosão por pite e em fendas em ambientes com cloretos.
  • O 310S, sem Mo, tem seu PREN conduzido principalmente pelo maior teor de Cr — boa resistência à corrosão geral e oxidação, mas resistência à pite inferior às ligas com Mo.
• Oxidação em alta temperatura:
• 310S destaca-se na resistência à oxidação e à formação de escamas em temperaturas elevadas (ex.: trabalho em fornos, componentes de exaustão) devido ao maior teor de Cr e Ni.
• Quando não é usada proteção de inox:
• Para aços não inoxidáveis, a proteção ocorre via galvanização, pintura ou revestimentos. Não se aplica na comparação destas duas ligas inox, exceto quando tratamentos superficiais (passivação, decapagem) são usados para restaurar o filme passivo após a fabricação.
• Esclarecimento: PREN é relevante para comparação da resistência à corrosão por pites entre aços inoxidáveis; não se aplica a mecanismos gerais de corrosão, como ataque uniforme por ácidos ou oxidação em altas temperaturas.

7. Fabricação, Usinagem e Conformabilidade

• Conformação e dobra:
• O 316 geralmente é mais fácil de conformar e dobrar devido à ductilidade ligeiramente superior e menor taxa de encruamento.
• O 310S é mais resistente à conformação e ao retorno elástico (springback) por conta da maior resistência e tendência mais forte ao encruamento.
• Usinabilidade:
• Ambos os graus possuem usinabilidade inferior à dos aços carbono. O 316 é tipicamente um pouco mais fácil de usinar do que o 310S; ambos requerem montagem rígida, ferramentas afiadas e trocas frequentes. O uso de ferramentas de carboneto com alta alimentação e positivo, junto com refrigeração por inundação, é comum.
• Acabamento superficial:
• Ambos polim bem e têm bom acabamento; a menor formação de escamas do 316 em temperaturas moderadas facilita obter um acabamento consistente após soldagem.
• Nota de fabricação:
• Para componentes de alta temperatura (310S), folgas para usinagem e planos de tratamento térmico devem levar em conta distorção e formação de escamas.

8. Aplicações Típicas

Justificativa para seleção: - Escolha 316 para ambientes onde pites induzidas por cloretos, corrosão em frestas e soldabilidade com resistência à corrosão mantida são prioridades. - Escolha 310S quando a temperatura de operação, oxidação em alta temperatura ou resistência a fluência em temperaturas elevadas dominam os requisitos de projeto.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo:
• 310S geralmente é mais caro que 316 por kg devido ao teor significativamente maior de níquel e cromo.
• 316 costuma ser menos oneroso e frequentemente disponível em uma gama mais ampla de formas comerciais.
• Disponibilidade por forma de produto:
• 316: ampla disponibilidade em chapas, folhas, tubos, barras, fixadores e uma grande seleção de variantes trabalhadas a frio e com baixo carbono (316L).
• 310S: disponível em folhas, chapas e formas especiais para alta temperatura, mas menos comum em fixadores comerciais ou formas de baixo custo.
• Orientação para aquisição: para projetos de grande volume onde resistência a alta temperatura não é necessária, 316 pode oferecer melhor custo total e segurança de fornecimento. Para componentes especiais de alta temperatura, a disponibilidade do 310S costuma ser suficiente, mas prazos e custos premium devem ser previstos.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha 316 (ou 316L) se suas principais necessidades forem resistência à corrosão por pites induzidas por cloretos, excelente soldabilidade com manutenção da performance anticorrosiva, boa ductilidade e tenacidade, e menor custo de material ou ampla oferta. Casos típicos: ambiente marinho, processamento químico, tanques e tubulações para alimentos e farmacêuticos. - Escolha 310S se suas necessidades principais forem resistência prolongada à oxidação em alta temperatura, resistência à formação de escamas ou serviço em temperaturas elevadas onde fluência e estabilidade térmica são críticas. Casos típicos: componentes para fornos, tubos radiantes, equipamentos para fornos e dutos de alta temperatura.

Nota final: ambas as ligas devem ser especificadas com forma de produto, acabamento e eventuais tratamentos térmicos pós-soldagem ou exigências de estabilização. Consulte fornecedores de materiais e procedimentos de soldagem (WPS) para seleção do metal de adição, práticas pré e pós-soldagem, e limites específicos de temperatura para evitar formação de fase sigma, sensibilização e falhas prematuras.