430 vs 201 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Os aços inoxidáveis Tipo 430 e Tipo 201 são alternativas amplamente utilizadas quando os projetistas precisam equilibrar custo do material, resistência à corrosão, desempenho mecânico e fabricabilidade. O dilema da seleção geralmente gira em torno de priorizar um custo de material mais baixo e propriedades magnéticas (comumente associadas a graus ferríticos) ou uma melhor ductilidade, tenacidade e conformabilidade de uma liga austenítica de baixo níquel.
O 430 é um aço inoxidável ferrítico com boa resistência à oxidação e baixo teor de níquel; o 201 é um aço inoxidável austenítico de baixo níquel (alto manganês) desenvolvido como uma alternativa econômica a austeníticos de maior teor de níquel. Os engenheiros comumente os comparam ao especificar chapas, tiras ou peças moldadas para eletrodomésticos, componentes arquitetônicos e itens estruturais leves onde as demandas de corrosão e a economia de produção são importantes.
1. Normas e Designações
- Designações internacionais comuns:
- 430: UNS S43000; AISI/SAE 430; EN 1.4016; JIS SUS430; GB 12Cr17.
- 201: UNS S20100; AISI/SAE 201; EN 1.4372 (aproximadamente os equivalentes variam); JIS SUS201; GB 0Cr17Mn6Ni5N (nomenclatura varia conforme a norma).
- Classificação:
- 430 — aço inoxidável ferrítico (magnético).
- 201 — aço inoxidável austenítico (geralmente não magnético na condição recozida; pode se tornar ligeiramente magnético após trabalho a frio intenso).
- Formas típicas de produtos nas normas: chapa/ bobina laminada a frio, bobina laminada a quente, tira, chapa e peças moldadas.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela abaixo mostra faixas de composição nominal típica (wt%) usadas para especificação e seleção comparativa. Certificados de material reais ou normas devem ser consultados para limites precisos.
| Elemento | 430 (wt% típico) | 201 (wt% típico) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.12 | ≤ 0.15 |
| Mn | ≤ 1.0 | 5.5 – 7.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 16.0 – 18.0 |
| Ni | ≤ 0.75 | 3.5 – 5.5 |
| Mo | — (traço) | — (traço) |
| V, Nb, Ti, B | — (traço) | — (traço) |
| N | ≈ 0.01 (traço) | 0.10 – 0.25 (adicionado em algumas especificações) |
Estratégia de liga e efeitos: - 430: A estrutura ferrítica é estabilizada pelo cromo (Cr). O baixo Ni mantém o custo baixo; Mn mínimo. O Cr fornece resistência à oxidação/corrosão e uma matriz ferrítica magnética. A liga limitada significa dureza limitada e um aumento relativamente baixo de resistência pela liga em solução. - 201: Austenita estabilizada por maior Mn e Ni adicionado (embora menos Ni do que a série 300). O Mn substitui parcialmente o Ni como estabilizador de austenita; o nitrogênio (quando adicionado) aumenta a resistência e contribui para a resistência a picotamento. A mistura de liga fornece uma matriz austenítica com boa ductilidade e tenacidade.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- 430:
- Microestrutura: predominantemente ferrítica (cúbica de corpo centrado) no processamento padrão. O tamanho do grão e os precipitados secundários (carbetos ou fases chi em algumas condições) dependem da história térmica.
- Tratamento térmico: aços inoxidáveis ferríticos não são endurecíveis por têmpera. O recozimento (cerca de 760–820 °C seguido de resfriamento controlado) restaura a ductilidade e reduz tensões residuais. O crescimento de grão e a fragilização podem ocorrer com exposição prolongada na faixa de 600–900 °C.
- 201:
- Microestrutura: austenítica (cúbica de face centrada) estável à temperatura ambiente devido ao Mn e Ni. O trabalho a frio induz endurecimento por deformação e pode causar transformação parcial ou resposta magnética.
- Tratamento térmico: a microestrutura austenítica totalmente recozida é alcançada por recozimento em solução (~1020–1120 °C) e resfriamento rápido para dissolver carbetos/nitratos e redefinir o endurecimento por trabalho. Ao contrário dos aços martensíticos ou ferríticos, o austenítico 201 não é reforçado por têmpera; a resistência é controlada principalmente pelo trabalho a frio ou endurecimento por trabalho.
Impacto do processamento: - A laminação a frio aumenta a resistência pelo endurecimento por trabalho em ambas as ligas; o efeito é mais pronunciado no austenítico 201, que endurece fortemente e pode alcançar alta resistência após a conformação. - Os ciclos térmicos de soldagem têm efeitos diferentes: 430 é suscetível ao crescimento de grão e perda de tenacidade na zona afetada pelo calor (HAZ) se não controlado; 201 mantém uma matriz austenítica através de ciclos de soldagem típicos, mas pode sofrer efeitos de sensibilização ou depleção se mal ligado ou se intermetálicos se formarem com metais de enchimento inadequados.
4. Propriedades Mecânicas
A tabela fornece faixas típicas de propriedades mecânicas para produtos comerciais de chapa/tira recozidos; os valores dependem fortemente da espessura, trabalho a frio e especificações do fornecedor.
| Propriedade (recozido, típico) | 430 (ferrítico) | 201 (austenítico) |
|---|---|---|
| Resistência à tração (MPa) | ~400 – 600 | ~500 – 700 |
| Resistência ao escoamento (MPa) | ~150 – 300 | ~250 – 450 |
| Alongamento (%) | ~20 – 30 | ~35 – 60 |
| Tenacidade ao impacto (temperatura ambiente, qualitativa) | Moderada; reduzida em baixa temperatura | Alta; excelente ductilidade & tenacidade |
| Dureza (HB ou equivalente) | Moderada; aumenta com trabalho a frio | Moderada a alta após trabalho a frio; endurece mais |
Interpretação: - O 201 geralmente apresenta maior ductilidade e maior tenacidade retida, especialmente em baixa temperatura, devido à sua matriz austenítica. - O 430 geralmente tem menor ductilidade e resistência à tração/escoamento ligeiramente inferior na condição recozida, mas pode ser atraente onde resistência mais baixa e resposta magnética são aceitáveis. - O trabalho a frio aumenta significativamente a resistência no 201 devido ao rápido endurecimento por trabalho; esse comportamento pode ser explorado em operações de conformação para atender aos requisitos de resistência da aplicação.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do teor de carbono, ligações (Cr, Ni, Mn, Mo) e suscetibilidade ao endurecimento ou fragilização da HAZ. Dois índices empíricos comumente usados:
- Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (para prever trincas a frio nas HAZs de soldagem): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - 201: Devido à sua constituição austenítica e carbono moderado, o 201 solda aceitavelmente com metais de enchimento austeníticos padrão quando os procedimentos levam em conta o teor de Mn e N. Alto Mn e potencial N exigem controle na seleção do enchimento e na entrada de calor para evitar trincas a quente ou distorções excessivas. A microestrutura austenítica é tolerante à tenacidade da HAZ. - 430: Aços ferríticos como o 430 são mais sensíveis ao crescimento de grão da HAZ e à potencial fragilização. A soldagem do 430 geralmente requer enchimentos ferríticos compatíveis e atenção à entrada de calor e temperaturas entre passes para evitar perda de tenacidade. O pré-aquecimento e o recozimento pós-soldagem geralmente não são eficazes para aumentar a endurecibilidade (porque os ferríticos não são martensíticos), mas a entrada de calor controlada e o uso de enchimentos adequados reduzem problemas na HAZ. - Na prática: o 201 geralmente proporciona um comportamento de soldagem mais direto para juntas de sobreposição e extremidade em seções finas; o 430 requer controle mais rigoroso e seleção de enchimento apropriada para integridade estrutural.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Geral:
- Ambos os graus dependem principalmente do teor de cromo (~16–18%) para resistência à corrosão. Nenhum contém Mo significativo, portanto, sua resistência ao picotamento é limitada em comparação com inoxidáveis contendo Mo (por exemplo, 316).
- Uso do PREN:
- O PREN é útil onde Mo e N influenciam a resistência ao picotamento: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- Para 430 e 201, o Mo é efetivamente zero; o 201 pode conter N adicionado, então o PREN fornece apenas uma comparação aproximada e será baixo em relação aos graus contendo Mo. Para ambas as ligas, os valores de PREN são modestos; não são candidatos para serviços agressivos em cloreto.
- Comportamento prático de corrosão:
- O 201 (austenítico) normalmente apresenta melhor resistência geral à corrosão em muitos ambientes brandos e mostra superior tenacidade em serviço a frio. No entanto, como o 201 tem menos Ni e mais Mn do que a série 300, sua resistência ao picotamento por cloreto e corrosão em fendas é pior do que 304/316 e muitas vezes comparável ou ligeiramente pior do que 430, dependendo da exposição.
- O 430 (ferrítico) oferece boa resistência à oxidação atmosférica e ácidos orgânicos brandos, mas sua resistência ao picotamento/corrosão em fendas em ambientes de cloreto é limitada.
- Proteção de superfície:
- Onde a resistência à corrosão nativa é insuficiente, aplique revestimentos (galvanização é viável para aços de conformação, mas não é típica para estética inoxidável), tinta ou use tratamentos de passivação (decapagem ácida e passivação com ácido nítrico). Para uso inoxidável, acabamentos mecânicos e passivação restauram o filme de óxido de cromo na superfície.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Conformabilidade:
- 201: desempenho superior em estampagem profunda e conformação por estiramento devido à alta ductilidade e endurecimento por deformação. Adequado para pias moldadas, utensílios de cozinha e formas complexas.
- 430: conformabilidade mais limitada; a estrutura ferrítica resulta em alongamento menos uniforme e maior retorno elástico. A conformação bem-sucedida do 430 geralmente requer raios de dobra maiores e controle de lubrificação.
- Maquinabilidade:
- O austenítico 201 endurece rapidamente; isso aumenta o desgaste da ferramenta e requer ferramentas afiadas, montagens rígidas e possivelmente quebradores de cavaco ou ferramentas especializadas. No entanto, na condição recozida com alimentações e velocidades corretas, a usinagem é gerenciável.
- O ferrítico 430 é geralmente mais fácil de usinar do que o inoxidável austenítico porque não endurece tão fortemente, mas o material da ferramenta e os parâmetros de corte ainda exigem práticas específicas para inoxidáveis para evitar bordas acumuladas e danos à superfície.
- Acabamento de superfície e polimento:
- O 201 pode ser polido para acabamentos espelhados excelentes; no entanto, inclusões de sulfeto de manganês e endurecimento por trabalho podem afetar o acabamento da superfície se não forem processados corretamente.
- O 430 recebe um bom polimento de superfície e é frequentemente usado para acabamentos decorativos e painéis de eletrodomésticos onde um acabamento escovado é desejado.
8. Aplicações Típicas
| 430 — Usos Típicos | 201 — Usos Típicos |
|---|---|
| Painéis e acabamentos de eletrodomésticos (frentes de forno, coifas), painéis arquitetônicos decorativos, acabamentos automotivos, elementos decorativos resistentes ao calor, alguns utensílios de cozinha onde o magnetismo é aceitável | Utensílios de cozinha, pias, panelas (aplicações austeníticas de menor custo), fixadores, componentes moldados a frio, interiores arquitetônicos, tubos e canos para serviço de corrosão baixa a moderada |
| Partes de forno, revestimentos de forno e componentes expostos à oxidação em alta temperatura | Componentes moldados e formados que requerem boa ductilidade e tenacidade; alternativa de baixo custo ao 304 em ambientes restritos |
Racional de seleção: - Escolha 430 onde propriedades magnéticas, resistência moderada à corrosão em ambientes atmosféricos/mildos e custo de material mais baixo são os principais fatores. - Escolha 201 quando maior ductilidade, superior tenacidade (especialmente para estampagem profunda ou serviço a baixa temperatura) e comportamento não magnético forem necessários, enquanto ainda se obtém um custo mais baixo do que os austeníticos da série 300.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo:
- O 430 está tipicamente entre os graus de inoxidável de menor custo porque contém níquel negligenciável; o custo do cromo ainda se aplica, mas a complexidade da liga é baixa.
- O 201 contém níquel mensurável e maior manganês; embora tenha sido desenvolvido para reduzir a dependência de Ni, seu custo de produção pode ser maior do que o 430, mas menor do que os graus da série 300 em muitos mercados.
- Disponibilidade:
- Ambos os graus estão amplamente disponíveis em chapa, bobina e tira. A disponibilidade regional depende da demanda do mercado—o 430 é comum nas cadeias de suprimento de eletrodomésticos e arquitetura; o 201 é comum onde chapas austeníticas de baixo Ni são especificadas.
- Considerações sobre a forma do produto:
- Para componentes moldados e profundamente formados, a chapa 201 na forma recozida é comumente estocada. Para painéis magnéticos decorativos e acabamentos, o 430 está amplamente disponível em acabamentos escovados e espelhados.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | 430 (ferrítico) | 201 (austenítico, baixo Ni) |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Moderada — requer atenção à HAZ e seleção de enchimento | Boa — comportamento austenítico; atenção ao Mn/N e riscos de trincas a quente |
| Resistência – Tenacidade | Resistência moderada; menor tenacidade e ductilidade (especialmente em baixa temperatura) | Maior ductilidade e tenacidade; endurece para resistências mais altas |
| Custo | Mais baixo (geralmente a opção mais barata) | Moderado (maior que 430, mas menor que muitos da série 300) |
Recomendação: - Escolha 430 se você precisar de um inoxidável magnético de baixo custo com resistência à corrosão adequada em ambientes atmosféricos brandos ou moderadamente oxidantes, e quando a complexidade da forma for limitada (por exemplo, painéis de eletrodomésticos, acabamentos decorativos, peças cosméticas resistentes ao calor). - Escolha 201 se sua peça exigir estampagem profunda, alta tenacidade, excelente conformabilidade e comportamento não magnético, e você quiser uma alternativa austenítica de menor custo em relação aos aços inoxidáveis da série 300 para serviço em ambientes corrosivos não agressivos.
Notas práticas finais: - Sempre confirme a química exata e as propriedades mecânicas a partir de certificados de fábrica para aquisição e procedimentos de soldagem. - Para ambientes de cloreto ou agressivos, considere graus de maior liga (aços inoxidáveis contendo Mo) em vez de confiar em 430 ou 201. - Para fabricação e soldagem, desenvolva procedimentos de oficina que abordem o controle da entrada de calor, seleção de enchimento e quaisquer tratamentos pós-soldagem necessários para preservar a resistência à corrosão e a tenacidade.