904L vs 254SMO – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

904L e 254SMO são dois aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho frequentemente considerados para ambientes químicos agressivos e marinhos. Engenheiros e equipes de compras comumente ponderam as compensações entre resistência à corrosão, custo, soldabilidade e desempenho mecânico ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem equipamentos de processamento químico, trocadores de calor, tubulações em ambientes contendo cloreto e fabricados soldados de alta integridade onde a resistência a longo prazo à corrosão por picotamento e fendas é crítica.

A principal distinção técnica é que 904L é uma liga altamente ligada, contendo cobre, de baixo carbono, projetada para resistência a ácidos redutores e corrosão geral, enquanto 254SMO é uma liga superaustenítica com níveis muito altos de molibdênio e nitrogênio, projetada principalmente para resistência superior a picotamento e corrosão por fendas em meios contendo cloreto. Essa diferença influencia decisões de design e custo, particularmente onde a corrosão localizada induzida por cloreto é o fator limitante.

1. Normas e Designações

• 904L
• UNS: N08904
• Normas comuns: ASTM A240 / ASME SA-240 (placa/folha), ASTM A276 (barras), EN (às vezes referenciado a equivalentes EN)

• Classificação: Aço inoxidável austenítico (inox)

• 254SMO

• UNS: S31254
• EN: 1.4547 (frequentemente referido como 254 SMO)
• Normas comuns: ASTM A240 / ASME SA-240, ASTM A276 (barras)
• Classificação: Aço inoxidável superaustenítico (inox)

Ambos são aços inoxidáveis austeníticos (não aços carbono, ferramenta ou HSLA) e são especificados em normas de produtos inoxidáveis para folhas, placas, tubos e barras.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir lista os intervalos composicionais típicos encontrados em fichas técnicas de fabricantes e normas para cada grau. Os valores são dados em porcentagem de peso; a composição exata deve ser verificada contra os certificados de fábrica para cada lote.

Elemento	904L (intervalo típico, % em peso)	254SMO (intervalo típico, % em peso)
C	≤ 0.02	≤ 0.02
Mn	≤ 2.0	≤ 0.5–1.0
Si	≤ 1.0	≤ 0.8
P	≤ 0.035	≤ 0.03–0.035
S	≤ 0.01	≤ 0.01
Cr	19.0–23.0	20.0–22.0
Ni	23.0–28.0	17.0–19.0
Mo	4.0–5.0	6.0–6.5
V	—	—
Nb	—	—
Ti	—	—
B	—	—
N	≤ 0.1 (tipicamente baixo)	0.18–0.24 (elevado)

Notas: - 904L contém níquel e cobre significativos (Cu tipicamente ~1.5–2.5 % em peso, não mostrado na tabela simplificada acima) para aumentar a resistência a ácidos redutores (por exemplo, ácido sulfúrico) e preservar a ductilidade e soldabilidade. - 254SMO alcança alta resistência à corrosão localizada através de maior molibdênio e nitrogênio elevado; o cobre é mínimo ou ausente. - Ambos os graus são mantidos baixos em carbono para minimizar a sensibilização e a precipitação intermetálica durante a soldagem e o serviço.

Implicações da estratégia de liga: - O cromo forma um filme de óxido passivo que proporciona resistência à corrosão geral. - O molibdênio melhora marcadamente a resistência à corrosão por picotamento e fendas; o maior Mo em 254SMO impulsiona grande parte de seu desempenho superior em cloretos. - O nitrogênio estabiliza a austenita, aumenta a resistência e melhora a resistência ao picotamento (multiplicativa em PREN). - O níquel estabiliza a austenita e melhora a tenacidade e a conformabilidade. - O cobre em 904L ajuda especificamente na resistência a ácidos redutores, como o ácido sulfúrico.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Tanto 904L quanto 254SMO são totalmente austeníticos na condição de recozimento em solução. Características microestruturais típicas e resposta ao tratamento térmico:

• 904L
• Microestrutura: Totalmente austenítica com baixa precipitação de carbonetos se adequadamente recozido em solução.
• Tratamento térmico: Não endurecido por tratamento térmico; recozimento em solução recomendado (por exemplo, 1010–1120 °C / 1850–2050 °F) seguido de resfriamento rápido para dissolver intermetálicos e restaurar a resistência à corrosão. O risco de sensibilização é baixo quando o carbono é controlado.

• O trabalho a frio aumenta a resistência por meio do endurecimento por trabalho; recozimento é necessário para recuperar a resistência à corrosão se precipitados intergranulares se formarem.

• 254SMO

• Microestrutura: Totalmente austenítica com maior estabilidade da austenita devido ao Mo e N.
• Tratamento térmico: Também recozido em solução (tipicamente ~1100–1150 °C / 2010–2100 °F) e resfriado rapidamente. Devido ao alto Mo e Cr, ciclos térmicos inadequados podem promover fase sigma ou outros intermetálicos; controle rigoroso do recozimento em solução e resfriamento é importante, especialmente após a soldagem.
• Processamento termo-mecânico e trabalho a frio aumentam a resistência; o teor de nitrogênio ajuda a manter a estabilidade da austenita e da microestrutura primária.

Nenhum dos graus é endurecível por tratamentos convencionais de resfriamento e revenimento—suas propriedades são definidas principalmente pela composição e trabalho a frio ou pelo endurecimento por trabalho.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas dependem do processo e da forma do produto (trabalhado a frio vs. recozido). Intervalos típicos para formas de produtos recozidos em solução:

Propriedade	904L (recozido em solução, típico)	254SMO (recozido em solução, típico)
Resistência à tração (MPa)	~500–700	~500–700
Resistência ao escoamento (0.2% offset, MPa)	~200–300	~250–350
Alongamento (A%, em 50 mm)	~40–60%	~30–50%
Tenacidade ao impacto (Charpy, temperatura ambiente)	Boa, fratura dúctil	Boa, resistência ligeiramente maior pode reduzir o alongamento
Dureza (HB ou HRC)	Tipicamente baixa (macia em recozido)	Tipicamente baixa, mas ligeiramente maior que 904L quando ligado com N/Mo

Interpretação: - Ambos os graus são dúcteis e tenazes na condição recozida; 254SMO pode apresentar ligeiramente maior resistência devido ao fortalecimento pelo nitrogênio. - O trabalho a frio aumenta a resistência à tração e ao escoamento em ambos, mas reduz o alongamento. - Para necessidades estruturais de suporte de carga ou alta resistência, nenhum compete com aços endurecíveis por precipitação; a seleção se concentra no desempenho à corrosão equilibrado com os requisitos mecânicos.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é um parâmetro de seleção chave.

Fatores principais: - O baixo teor de carbono e a estrutura austenítica conferem a ambos os graus excelente soldabilidade geral em comparação com graus martensíticos ou ferríticos. - O nitrogênio em 254SMO aumenta a resistência e melhora a resistência ao picotamento, mas requer procedimentos de soldagem que controlam a perda de nitrogênio e evitam porosidade. - O cobre em 904L pode alterar o comportamento de solidificação, mas é geralmente compatível com metais de enchimento austeníticos padrão; 904L é frequentemente considerado mais fácil de soldar em condições de oficina ou de campo.

Índices de soldabilidade úteis (uso qualitativo apenas): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice de corrosão por picotamento (Pcm) também informa sobre soldabilidade/susceptibilidade a trincas: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Ambos os graus geralmente apresentam baixos valores de $CE_{IIW}$ em relação a aços endurecíveis, indicando baixo risco de endurecimento martensítico e trincas a frio assistidas por hidrogênio. - O elevado Mo e N de 254SMO aumentam seus parâmetros relacionados ao $P_{cm}$ para resistência à corrosão, mas podem complicar a seleção do metal de enchimento e o resfriamento da solda para evitar a fase sigma intermetálica. - O pré-aquecimento geralmente não é necessário, mas o controle da temperatura entre passes e o recozimento em solução pós-soldagem (ou decapagem e passivação) podem ser recomendados para aplicações críticas.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

Os graus inoxidáveis diferem fundamentalmente dos aços carbono no comportamento à corrosão.

• Aços carbono/liga: a proteção geralmente requer revestimentos (galvanização a quente, pintura, revestimento) para prevenir corrosão uniforme; o desempenho resistente à corrosão depende da integridade do revestimento.

• Aços inoxidáveis (904L e 254SMO): a resistência à corrosão é intrínseca através do filme passivo de óxido de Cr; a comparação utiliza índices de picotamento.

Número Equivalente de Resistência ao Picotamento: - Um índice comum é o PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Interpretação representativa do PREN: - 904L (composição representativa) resulta em um PREN na casa dos 30, oferecendo excelente resistência à corrosão geral e resistência razoável ao picotamento, e desempenho excepcional em ácidos redutores devido ao Cu. - 254SMO (composição representativa) resulta em um PREN comumente na faixa baixa a média dos 40, refletindo resistência superior ao picotamento e corrosão por fendas em ambientes contendo cloreto e adequação para serviços marinhos e de processos químicos severos.

Esclarecimento: - O PREN é um índice comparativo; o desempenho real em campo também depende da temperatura, concentração de cloreto, fluxo e geometria de fendas. Para ambientes altamente agressivos contendo cloreto (por exemplo, água do mar morna, fendas de alta área de superfície), o PREN mais alto de 254SMO é frequentemente decisivo.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte e usinagem:
• 904L é razoavelmente usinado para um inox austenítico, mas seu alto teor de níquel e tendência ao endurecimento por trabalho requerem configurações rígidas e ferramentas de carboneto apropriadas.
• 254SMO é mais desafiador de usinar devido ao alto Mo e N que aumentam a dureza e o desgaste da ferramenta; velocidades de corte mais lentas e ferramentas robustas são recomendadas.
• Conformação e dobra:
• 904L tem excelente conformabilidade e desempenho em estampagem profunda.
• 254SMO é conformável, mas requer raios de dobra maiores e pode precisar de recozimento após conformação a frio pesada para recuperar a ductilidade.
• Acabamento de superfície:
• Ambos podem ser polidos para acabamentos altos; o alto teor de Mo de 254SMO pode tornar o polimento eletroquímico mais exigente, mas resulta em superfícies altamente passivas.
• Notas de fabricação:
• Use metais de enchimento apropriados (por exemplo, enchimentos superausteníticos correspondentes para 254SMO em aplicações críticas) para preservar o desempenho à corrosão em juntas soldadas.
• A decapagem/passivação pós-soldagem é comumente usada para restaurar filmes passivos.

8. Aplicações Típicas

904L — Usos Típicos	254SMO — Usos Típicos
Equipamentos de processo químico expostos a ácidos redutores (serviço de ácido sulfúrico), trocadores de calor, evaporadores	Componentes em água do mar, dessalinização, lavadores, tubulações de processo carregadas de cloreto, componentes de desulfurização de gases de combustão
Tubulações e conexões em plantas petroquímicas onde resistência a ácidos sulfúrico e fosfórico e corrosão geral é necessária	Vasos de pressão e tubulações em ambientes agressivos contendo cloreto, sistemas de água do mar offshore, conexões submarinas
Tanques e armazenamento para meios corrosivos e redutores	Componentes sujeitos a risco severo de picotamento/fendas e temperaturas elevadas em soluções de cloreto
Aplicações arquitetônicas que requerem alta estética baseada em níquel e desempenho à corrosão	Instalações de alta confiabilidade e baixa manutenção onde longa vida útil justifica maior custo de material

Racional de seleção: - Escolha 904L quando a resistência a ácidos redutores e excelente conformabilidade/soldabilidade forem primordiais e quando o custo deve ser moderado em relação a ligas superausteníticas. - Escolha 254SMO quando a corrosão localizada induzida por cloreto (picotamento/fenda) for o principal risco e a menor manutenção a longo prazo for desejada, mesmo a um custo inicial de material mais alto.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: 254SMO é tipicamente significativamente mais caro por quilograma/metro do que 904L devido ao maior teor de Mo e N e volumes de produção mais limitados. 904L é caro em relação aos austeníticos padrão (304/316) devido ao seu alto teor de níquel e cobre, mas geralmente é menos custoso do que os graus superausteníticos.
• Disponibilidade: 904L tem maior disponibilidade em placas, folhas, tubos, conexões e barras de várias fontes de fábrica. 254SMO está disponível, mas mais frequentemente estocado em formas de produto limitadas e pode exigir prazos de entrega mais longos ou aquisição especial dependendo da região e da forma de produto necessária (por exemplo, tubo sem costura, placa de grande diâmetro).
• Dica de aquisição: Para grandes projetos em ambientes agressivos contendo cloreto, inclua tempo de entrega e desperdício na comparação de custos; as economias de manutenção ao longo da vida útil de 254SMO podem compensar o maior custo de compra inicial.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Critério	904L	254SMO
Soldabilidade	Excelente (prática de soldagem austenítica padrão)	Boa a razoável (requer controles e enchimento correspondente para serviço crítico)
Resistência–Tenacidade	Boa ductilidade; resistência moderada	Resistência ligeiramente maior (fortalecida por N); boa tenacidade
Corrosão (geral)	Excelente (ácidos redutores, corrosão geral)	Excelente (superior resistência a picotamento/fendas em cloretos)
Custo	Alto (mas menor que superausteníticos)	Muito alto
Disponibilidade	Ampla	Mais limitada

Recomendação: - Escolha 904L se: - A atmosfera de serviço inclui ácidos redutores (por exemplo, sulfúrico) ou ambientes ácidos mistos onde os benefícios do cobre e uma boa resistência à corrosão geral são necessários. - Boa soldabilidade e conformabilidade são prioridades e existem restrições de orçamento/prazos. - A exposição ao cloreto é moderada e o risco de corrosão localizada é gerenciável com controles de design.

• Escolha 254SMO se:
• O principal modo de falha a prevenir é a corrosão por picotamento e fendas induzidas por cloreto (água do mar morna, correntes de processo de cloreto concentrado, longa exposição estática em fendas).
• Longa vida útil com manutenção mínima e máxima resistência a ataques localizados justificam o maior custo de material.
• A aplicação tolera controles de soldagem e fabricação mais rigorosos e potenciais prazos de aquisição mais longos.

Nota final: A seleção final do material deve combinar avaliação de risco de corrosão (concentração de cloreto ambiental, temperatura, geometria de fendas), requisitos mecânicos e de fabricação, e análise de custo ao longo do ciclo de vida. Para sistemas críticos expostos ao cloreto, testes laboratoriais (exposição, cupons ou testes eletroquímicos) e consulta com fornecedores de materiais e engenheiros de corrosão são recomendados para validar a escolha entre 904L e 254SMO para a condição de serviço específica.