0Cr13 vs 1Cr13 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

0Cr13 e 1Cr13 são duas classificações comumente especificadas dentro da família de aços inoxidáveis martensíticos usados em válvulas, bombas, talheres, fixadores e componentes de desgaste. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente enfrentam uma escolha entre os dois ao equilibrar dureza e resistência ao desgaste contra tenacidade, soldabilidade e custo. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de um material para um eixo resistente à corrosão ou a seleção de um material de acabamento de válvula onde a dureza (resistência à abrasão) compete com a tenacidade à fratura e a facilidade de fabricação.

A principal diferença prática entre 0Cr13 e 1Cr13 é o nível de carbono e a forma como o carbono influencia a endurecibilidade martensítica: a classificação de maior carbono oferece maior dureza/resistência e resistência ao desgaste após tratamento térmico, em detrimento da tenacidade e soldabilidade, enquanto a variante de menor carbono é mais tolerante na fabricação e proporciona melhor tenacidade, mas menor dureza máxima. Como ambos são aços inoxidáveis martensíticos com níveis de cromo semelhantes, eles são frequentemente comparados em projetos onde um equilíbrio entre resistência à corrosão e desempenho mecânico é necessário.

1. Normas e Designações

• GB (China): 0Cr13, 1Cr13 (designações chinesas comuns para aços inoxidáveis martensíticos).
• JIS (Japão): famílias análogas incluem séries SUS410 / SUS420 (útil para referência cruzada).
• EN (Europa): aços inoxidáveis martensíticos são cobertos pelas partes EN 10088, com equivalentes frequentemente nas séries 410 / 420.
• ASTM/ASME: materiais comparáveis são encontrados nas classificações AISI (410, 420, 430 etc.); a equivalência exata requer referência cruzada da química nominal e propriedades.

Classificação: Tanto 0Cr13 quanto 1Cr13 são aços inoxidáveis martensíticos (inoxidáveis ferrosos, tratáveis termicamente). Eles não são aços inoxidáveis austeníticos (não duplex) nem HSLA ou aços para ferramentas em um sentido estrito, embora sejam usados em aplicações que requerem propriedades inoxidáveis resistentes ao desgaste e tratáveis termicamente.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir apresenta faixas de composição típicas usadas comercialmente; os limites reais dependem da norma ou fornecedor. Estes são aproximados, destinados a mostrar as diferenças relativas (não limites de especificação normativos).

Elemento	0Cr13 (típico, aprox.)	1Cr13 (típico, aprox.)
C	0.03 – 0.08 wt% (menor carbono)	0.08 – 0.15 wt% (maior carbono)
Mn	≤ 1.0 wt%	≤ 1.0 wt%
Si	≤ 1.0 wt%	≤ 1.0 wt%
P	≤ 0.04 wt%	≤ 0.04 wt%
S	≤ 0.03 wt%	≤ 0.03 wt%
Cr	12.0 – 14.0 wt%	12.0 – 14.0 wt%
Ni	≤ 0.6 wt%	≤ 0.6 wt%
Mo	≤ 0.3 wt% (frequentemente ausente)	≤ 0.3 wt% (frequentemente ausente)
V	traço / não especificado	traço / não especificado
Nb, Ti, B, N	níveis de traço se presentes	níveis de traço se presentes

Como a liga afeta o desempenho: - Carbono: elemento de endurecimento primário para aços martensíticos. Maior C aumenta a dureza máxima alcançável e a resistência ao desgaste, mas reduz a tenacidade e a soldabilidade. - Cromo (≈12–14%): fornece resistência à corrosão formando uma camada de óxido passivo; nesses níveis, proporciona um comportamento básico de "inox" em ambientes brandos, mas menos resistência à corrosão por picotamento do que aços inoxidáveis de maior liga. - Manganês e silício: desoxidantes e influenciam modestamente a endurecibilidade. - Baixo Ni e Mo: tipicamente mínimos nessas classificações; a ausência de Mo limita a resistência ao picotamento e a resistência à corrosão em altas temperaturas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura: - Ambas as classificações formam martensita quando resfriadas a partir da temperatura de austenitização, dada sua composição e rota de tratamento térmico. - Na condição de recozido, podem mostrar remanescentes de ferrita/pearlita dependendo do resfriamento, mas para o serviço pretendido, geralmente são endurecidas para martensita + martensita temperada.

Respostas ao tratamento térmico: - Austenitização (típica para inoxidáveis martensíticos): tratamento de solução a uma temperatura apropriada para formar uma austenita homogênea, em seguida, resfriar para obter martensita. - Tempera: reduz a fragilidade, melhora a tenacidade e define a dureza final. A tempera em temperaturas mais altas reduz a dureza e aumenta a ductilidade. - Normalização vs resfriamento: a normalização pode ser usada em peças menos críticas para refinar o tamanho do grão; resfriamento completo + tempera é usado quando maior resistência ou resistência ao desgaste é necessária.

Resposta relativa: - 1Cr13 (maior C) atinge uma dureza maior após resfriamento e pode ser temperado para uma faixa de dureza retida mais alta; é mais sensível à temperatura de tempera ao ajustar resistência vs tenacidade. - 0Cr13 (menor C) desenvolve martensita com menor dureza para o mesmo tratamento térmico e é menos provável de formar estruturas martensíticas frágeis que requerem tempera muito cuidadosa—isso melhora a tenacidade e reduz o risco de trincas durante os ciclos de resfriamento/tempera.

Processamento termo-mecânico: - Forjamento e laminação controlada seguidos de tratamento térmico adequado podem refinar a microestrutura e melhorar a tenacidade em qualquer uma das classificações; no entanto, o 1Cr13 de maior carbono permanece mais endurecível e, portanto, mais sensível à espessura da seção e à taxa de resfriamento.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico. Em vez de valores absolutos (que variam com a tempera), a tabela abaixo compara tendências relativas para condições típicas de resfriamento e tempera usadas na indústria.

Propriedade	0Cr13	1Cr13
Resistência à Tração	Moderada	Maior
Resistência ao Esforço	Moderada	Maior
Alongamento (ductilidade)	Maior (mais dúctil)	Menor (menos dúctil)
Tenacidade ao Impacto	Melhor (maior tenacidade)	Menor (tenacidade reduzida em dureza equivalente)
Dureza (após resfriamento/tempera)	Máximo moderado	Máximo alcançável maior

Explicação: - 1Cr13, com aumento de carbono, permite maior resistência e dureza após resfriamento e tempera; isso o torna preferível onde a resistência ao desgaste é crítica. - 0Cr13 oferece melhor tenacidade e ductilidade para o mesmo processamento nominal porque o menor carbono reduz a propensão à martensita frágil e tensões retidas. - A seleção de um regime de tratamento térmico e tempera pode trocar dureza por tenacidade em qualquer uma das classificações; 1Cr13 oferece uma faixa de dureza mais ampla, mas requer tratamento térmico mais cuidadoso para evitar fragilização.

5. Soldabilidade

A soldabilidade dos aços inoxidáveis martensíticos é dominada pelo teor de carbono, pela dureza geral e pela presença de elementos que ampliam a região de austenita.

Fórmulas equivalentes de carbono úteis para avaliação qualitativa: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - Como 1Cr13 tem maior teor de carbono, resulta em um $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ mais altos em relação ao 0Cr13, aumentando a propensão a trincas a frio, formação de martensita na zona afetada pelo calor (HAZ) e trincas assistidas por hidrogênio. - 0Cr13, com menor carbono, é mais fácil de soldar usando metais de enchimento convencionais e protocolos de tratamento térmico pré-aquecido/pós-solda (PWHT), e requer pré-aquecimento menos agressivo. Orientações práticas: - O pré-aquecimento e o PWHT são comumente necessários para ambas as classificações ao soldar seções mais grossas ou montagens críticas. Para 1Cr13, temperaturas de pré-aquecimento mais altas e controle rigoroso de interpassos e PWHT mais rigorosos reduzem a dureza da HAZ e o risco de trincas. - Escolha do metal de enchimento: use metal de enchimento martensítico ou austenítico-ferrítico compatível, dependendo das propriedades desejadas; enchimentos austeníticos podem minimizar o risco de trincas na HAZ, mas mudarão o comportamento de corrosão e mecânico localmente.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

Tanto 0Cr13 quanto 1Cr13 são inoxidáveis porque contêm cromo na faixa de ~12–14%, o que apoia a formação de um filme passivo em muitas atmosferas. No entanto, sua resistência à corrosão é moderada e significativamente inferior à de aços inoxidáveis de maior liga (por exemplo, 304/316).

• Corrosão geral: adequada em ambientes levemente corrosivos (ar, água), mas não recomendada para ambientes ricos em cloretos ou de picotamento sem medidas de proteção.
• Resistência ao picotamento e fendas: limitada—o teor de Mo é geralmente baixo ou ausente; portanto, o número equivalente de resistência ao picotamento (PREN) é baixo e menos aplicável para essas classificações.

Índice de corrosão útil (quando aplicável): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Para 0Cr13 e 1Cr13, com Mo e N desprezíveis, o PREN é impulsionado principalmente pelo cromo e será modesto em comparação com aços inoxidáveis duplex ou austeníticos.

Proteção de superfície para ambientes não severos: - Galvanização: incomum em aços inoxidáveis; pode ser usada em aços carbono de baixo custo em vez disso. - Pintura, revestimento: comum para proteção adicional contra corrosão onde estética e proteção são necessárias. - Passivação: a passivação química (ácido nítrico ou cítrico) pode restaurar/otimizar a camada passiva após a fabricação.

Esclarecimento: o PREN é significativo para classificações inoxidáveis com Mo e N apreciáveis; para essas classificações martensíticas, o PREN apenas sublinha sua resistência limitada ao picotamento.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade: O 1Cr13 de maior carbono é geralmente mais duro e, portanto, mais difícil de usinar na condição de resfriamento. A maquinabilidade é melhor na faixa de dureza recozida ou de menor dureza. O 0Cr13 é mais fácil de usinar quando dureza tratada termicamente semelhante é necessária.
• Desbaste e acabamento: a maior dureza do 1Cr13 torna o acabamento abrasivo mais desafiador e aumenta o desgaste das ferramentas; o 0Cr13 é mais tolerante.
• Formabilidade e dobra: O 0Cr13 de menor carbono tem melhor formabilidade e características de retorno na condição amolecida (recozida). Aços inoxidáveis martensíticos, em geral, não são tão formáveis quanto as classificações austeníticas.
• Acabamento de superfície e gravação: Ambos os aços respondem ao acabamento inoxidável comum; no entanto, o desbaste e a passivação pós-solda são frequentemente necessários para restaurar a resistência à corrosão após a fabricação.

8. Aplicações Típicas

0Cr13 (menor carbono)	1Cr13 (maior carbono)
Corpos e acabamentos de válvula onde a tenacidade e a soldabilidade melhoradas são priorizadas	Componentes resistentes ao desgaste, como lâminas de faca, bordas de corte e eixos que requerem maior dureza
Eixos, fixadores, componentes de bomba em serviço moderadamente corrosivo com PWHT rotineiro	Gaiolas de rolamento, assentos de válvula e anéis de vedação onde a dureza/resistência ao desgaste é crítica
Peças estruturais inoxidáveis de uso geral onde a facilidade de fabricação é importante	Ferramentas, placas de desgaste e componentes sujeitos a desgaste abrasivo onde maior dureza é necessária

Racional de seleção: - Use 0Cr13 quando a soldabilidade, tenacidade e ductilidade forem mais críticas do que a dureza máxima; é preferido para componentes com cargas dinâmicas e onde o desempenho pós-solda é importante. - Use 1Cr13 quando a dureza máxima alcançável e a resistência ao desgaste forem os principais fatores e onde controles rigorosos de tratamento térmico e soldagem são aceitáveis.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: 1Cr13 e 0Cr13 são geralmente semelhantes em custo de material base porque o teor de cromo domina o preço da liga. O 1Cr13 pode ser ligeiramente mais barato por custo de processamento unitário se a dureza final reduzir as operações de acabamento, mas controles adicionais de soldagem e tratamento térmico podem aumentar o custo total da peça.
• Disponibilidade: Ambas as classificações são amplamente produzidas e disponíveis em formas de chapa, barra e forjadas em regiões que fabricam de acordo com as especificações GB e equivalentes. Formas de produto específicas, controles de composição rigorosos ou estados de tratamento térmico especializados podem afetar os prazos de entrega.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Característica	0Cr13	1Cr13
Soldabilidade	Boa (melhor que 1Cr13)	Regular a Ruim (requer pré-aquecimento e PWHT mais rigorosos)
Compensação entre Resistência e Tenacidade	Equilibrado em direção à tenacidade	Equilibrado em direção à maior resistência/dureza
Custo (somente material)	Comparável	Comparável

Conclusão — escolha com base nas necessidades da aplicação: - Escolha 0Cr13 se precisar de melhor soldabilidade, maior tenacidade e melhor ductilidade para componentes sujeitos a carregamento dinâmico ou onde a simplicidade de fabricação é importante. - Escolha 1Cr13 se precisar de maior dureza tratada termicamente e resistência ao desgaste e puder aplicar controles rigorosos de tratamento térmico e soldagem para gerenciar o risco de fragilização e trincas na HAZ.

Notas finais para especificação e aquisição: - Sempre solicite a análise química certificada do fornecedor e a condição de tratamento térmico; especifique as propriedades mecânicas requeridas e o regime de tratamento térmico/tempera nos pedidos de compra. - Para montagens soldadas, forneça especificações de procedimento de soldagem (WPS) detalhando pré-aquecimento, controle de interpasso, consumíveis e requisitos de PWHT, e considere NDT/inspeções onde as consequências de falhas são significativas.