1Cr13 vs 2Cr13 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura enfrentam rotineiramente escolhas entre aços inoxidáveis e aços liga estreitamente relacionados, onde pequenas diferenças composicionais têm efeitos desproporcionais no desempenho e no custo. Dois graus comumente encontrados para aplicações de aço inoxidável martensítico resistente ao desgaste são designados 1Cr13 e 2Cr13. O dilema prático de seleção geralmente gira em torno de compensações entre resistência e resistência ao desgaste versus tenacidade, soldabilidade e custo.

A principal distinção entre esses dois graus comerciais reside em seu equilíbrio de liga—mais notavelmente os níveis de cromo e carbono—levando a diferentes endurecimentos, dureza alcançável e desempenho à corrosão. Como ambos os graus são usados em famílias de produtos semelhantes (válvulas, eixos, peças de bomba, lâminas e ferramentas), os engenheiros os comparam para decidir se devem priorizar maior resistência e resistência ao desgaste ou melhor tenacidade e facilidade de fabricação.

1. Normas e Designações

• Normas comuns e referências cruzadas onde graus com química semelhante podem aparecer:
• GB (China): 1Cr13, 2Cr13 (designações chinesas comuns)
• JIS (Japão): equivalentes próximos frequentemente comparados à série SUS420 (para aços inoxidáveis martensíticos)
• EN / EN ISO: podem ser comparados com partes da série X12Cr (família de aços inoxidáveis martensíticos)

• ASTM/ASME: não são equivalentes diretos 1:1, mas AISI 420 e outras especificações de aço inoxidável martensítico são comparações funcionais

• Classificação:

• Tanto 1Cr13 quanto 2Cr13 são aços inoxidáveis martensíticos (inox, tratáveis termicamente). Eles não são aços HSLA de baixa liga nem aços para ferramentas no sentido tradicional, embora sejam usados para aplicações de desgaste e corte devido à sua capacidade de endurecimento.

Nota: intervalos numéricos exatos e nomenclatura variam por país e moinho; sempre verifique com o certificado de material do fornecedor.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir mostra intervalos de composição representativos usados na indústria para os dois graus. Estes são intervalos típicos—especificações e normas específicas do moinho devem ser consultadas para compras ou cálculos de design.

Elemento	1Cr13 típico (wt%)	2Cr13 típico (wt%)
C	0.08 – 0.20	0.15 – 0.30
Mn	≤ 1.0 (típ. 0.3 – 0.8)	≤ 1.0 (típ. 0.3 – 0.8)
Si	≤ 1.0 (típ. 0.2 – 0.8)	≤ 1.0 (típ. 0.2 – 0.8)
P	≤ 0.04	≤ 0.04
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	~12.0 – 13.5	~13.0 – 14.5
Ni	≤ 0.3	≤ 0.3
Mo	≤ 0.1	≤ 0.1
V	≤ 0.10	≤ 0.10
Nb / Ti / B	traço / frequentemente <0.03	traço / frequentemente <0.03
N	traço	traço

Explicação de como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência, dureza, resistência ao desgaste e capacidade de endurecimento, mas reduz a ductilidade e soldabilidade quando elevado. - O cromo fornece resistência à corrosão e contribui para a capacidade de endurecimento e resposta ao revenido em aços inoxidáveis martensíticos; aumentos incrementais melhoram a estabilidade do filme passivo e a retenção de dureza em altas temperaturas. - O manganês e o silício são desoxidantes e influenciam a capacidade de endurecimento; o manganês em excesso pode reduzir a tenacidade. - Microaliagem menor (V, Nb) pode refinar carbonetos e a estrutura de grão, melhorando ligeiramente a tenacidade e a resistência ao creep.

A consequência prática: 2Cr13 tende a ser especificado para fornecer maior dureza e resistência ao desgaste como endurecido, enquanto 1Cr13 é escolhido onde uma tenacidade ligeiramente melhor e facilidade de fabricação são necessárias.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Na condição recozida, ambos os graus contêm ferrita mais carbonetos; após o resfriamento, formam martensita com carbonetos de cromo distribuídos (M23C6, M7C3 e cementita dependendo do teor de C e outros elementos). - 1Cr13 (C mais baixo e Cr ligeiramente mais baixo) produz uma matriz martensítica com menos e menores carbonetos em um determinado tratamento térmico, tendendo a dar melhor tenacidade após o revenido. - 2Cr13 (C mais alto e frequentemente Cr mais alto) forma uma fração de volume maior de fase martensítica e mais precipitados de carboneto, proporcionando maior dureza e resistência ao desgaste como resfriado, mas menor tenacidade.

Resposta ao tratamento térmico: - Rota comum: austenitizar (tipicamente 950–1050 °C dependendo do tamanho da seção e composição), resfriar (óleo ou ar para seções finas), depois revenido para dureza/tenacidade alvo. - Normalização refina o tamanho do grão e pode melhorar a usinabilidade e tenacidade antes do resfriamento final e revenido. - Resfriamento e revenido: a temperatura e o tempo de revenido controlam a compensação entre resistência e tenacidade. Temperaturas de revenido mais altas reduzem a dureza, mas aumentam a ductilidade e resistência ao impacto. - Processamento termo-mecânico (laminação controlada + resfriamento) é menos comum para esses graus inoxidáveis martensíticos, mas pode refinar a microestrutura e melhorar a tenacidade.

Nota prática: Como 2Cr13 tem maior carbono/capacidade de endurecimento, é mais suscetível a martensita dura e quebradiça em seções grossas e requer ciclos de austenitização e revenido cuidadosos para evitar trincas.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela abaixo mostra propriedades representativas alcançáveis após tratamentos típicos de resfriamento e revenido. Os valores dependem fortemente do tamanho da seção, parâmetros de tratamento térmico e química exata; trate esses intervalos como orientação em vez de mínimos garantidos.

Propriedade (típica após Q&T)	1Cr13	2Cr13
Resistência à tração (MPa)	600 – 900	700 – 1100
Resistência ao escoamento (0.2% offset, MPa)	300 – 700	500 – 950
Alongamento (%)	8 – 18	6 – 14
Impacto Charpy (J, T ambiente)	moderado (mais alto)	mais baixo (tenacidade reduzida)
Dureza (HRC)	35 – 54 (dependente do processo)	40 – 58 (pode alcançar HRC mais alto)

Interpretação: - 2Cr13 geralmente alcança maior resistência à tração e dureza devido ao maior carbono e martensita mais dura, em detrimento da ductilidade e tenacidade ao impacto. - 1Cr13 é frequentemente selecionado quando resistência moderada com melhor tenacidade e fabricabilidade são necessárias.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é influenciada principalmente pelo equivalente de carbono e capacidade de endurecimento. Maior C e maior Cr aumentam a propensão a formar martensita dura na zona afetada pelo calor (HAZ), aumentando o risco de trincas a frio.

Índices empíricos úteis incluem o equivalente de carbono IIW e a fórmula Pcm: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - 2Cr13, com seu maior carbono e ligeiramente maior cromo, tem um maior equivalente de carbono e maior capacidade de endurecimento, portanto é mais provável que desenvolva martensita dura na HAZ e, portanto, requer pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e tratamento térmico pós-solda para evitar trincas. - 1Cr13 (C mais baixo) solda mais facilmente, mas ainda exige procedimentos de soldagem apropriados para aços inoxidáveis martensíticos (pré-aquecimento, prática de baixo hidrogênio e revenido pós-solda quando necessário). - O uso de metais de adição: fios de enchimento com capacidade de endurecimento correspondente ou inferior, e aquecimento/revenido pós-solda, são práticas comuns.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Ambos os graus são aços inoxidáveis martensíticos com resistência à corrosão modesta em comparação com graus austeníticos. O cromo fornece formação de filme passivo, mas o menor cromo total e a precipitação de carbonetos enriquecidos em carbono nas fronteiras de grão podem esgotar localmente o Cr e reduzir a resistência à corrosão.
• Para ambientes típicos:
• 1Cr13: adequado para ambientes levemente corrosivos (atmosféricos, água leve) quando polido e passivado.
• 2Cr13: resistência a picadas ligeiramente melhorada se o cromo for marginalmente mais alto, mas o aumento da formação de carbonetos pode reduzir a resistência prática à corrosão, a menos que tratado termicamente e passivado corretamente.
• PREN (Número Equivalente de Resistência a Picadas) não é particularmente útil para esses graus martensíticos de baixo Mo e baixo N, mas a fórmula é:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para 1Cr13 e 2Cr13, o PREN será baixo em comparação com graus duplex ou superausteníticos, porque Mo e N são negligenciáveis.
• Proteção de superfície: galvanização, revestimentos protetores, pintura e passivação são estratégias comuns quando maior resistência à corrosão é necessária. Para peças de desgaste, revestimentos de cromo duro ou spray térmico são frequentemente aplicados.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Corte e usinagem:
• 2Cr13 (maior potencial de dureza) é geralmente mais abrasivo para ferramentas e mais difícil de usinar no estado endurecido. A usinagem na condição recozida reduz o desgaste da ferramenta.
• 1Cr13 na condição recozida usina mais facilmente; após a têmpera, ambos requerem ferramentas de carboneto e configurações rígidas.
• Formação e dobra:
• A formação a frio é limitada uma vez que o material está endurecido. O recozimento antes da formação é prática padrão.
• Acabamento:
• Ambos os graus podem ser retificados e polidos; 2Cr13 tende a exigir retificação mais agressiva devido à maior dureza e teor de carboneto.
• Os riscos de distorção e trincas durante o tratamento térmico são maiores para 2Cr13 durante o resfriamento; a fixação e o resfriamento controlado ajudam a gerenciar a distorção.

8. Aplicações Típicas

Usos típicos de 1Cr13	Usos típicos de 2Cr13
Eixos, componentes de válvulas, peças de bomba, lâminas de desgaste moderado, hardware geral onde tenacidade e resistência à corrosão razoável são necessárias	Peças de desgaste, molas de lâmina, eixos de maior carga, elementos de corte, componentes que requerem maior dureza e resistência ao desgaste como endurecido
Fixadores, parafusos e componentes moderadamente carregados onde a facilidade de fabricação é valorizada	Ferramentas e matrizes para serviço leve, componentes sujeitos a maiores tensões de contato onde a resistência à abrasão é priorizada

Racional de seleção: - Escolha 1Cr13 quando o design enfatiza tenacidade, facilidade de fabricação/solda e resistência à corrosão moderada a um custo mais baixo. - Escolha 2Cr13 onde maior dureza e resistência ao desgaste sob carga são requisitos dominantes e onde tratamento térmico específico para a aplicação e procedimentos pós-solda podem ser implementados.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Em geral, o custo base do material para ambos é semelhante porque a diferença no teor de cromo é modesta; 2Cr13 pode ser ligeiramente mais caro devido ao controle mais rigoroso dos intervalos de carbono/cr e ao potencial para processamento adicional (por exemplo, revenido para alta dureza).
• Disponibilidade: Ambos são comuns em regiões onde aços inoxidáveis martensíticos são produzidos; formas de produto específicas (barras, forjados, chapas, estoque retificado de precisão) variam por moinho. Os prazos de entrega podem ser mais longos para químicas especiais, tamanhos especiais ou lotes certificados.
• Custo do processo: A fabricação e soldagem para 2Cr13 podem aumentar o custo total da peça devido ao tratamento térmico pré-aquecido/pós-solda e ao tempo adicional de usinagem.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Atributo	1Cr13	2Cr13
Soldabilidade	Melhor (C mais baixo, CE mais baixo)	Mais exigente (C mais alto, CE mais alto)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Equilibrado em direção à tenacidade e ductilidade	Maior resistência e dureza, tenacidade reduzida
Custo (material + processamento)	Baixo a moderado	Moderado a alto (devido ao processamento)

Recomendação: - Escolha 1Cr13 se você precisar de um aço inoxidável martensítico que equilibre resistência com melhor tenacidade, soldagem e fabricação mais fáceis, e processamento econômico—por exemplo, eixos, válvulas e componentes gerais que requerem resistência à corrosão em ambientes leves e resistência ao impacto decente. - Escolha 2Cr13 se a prioridade for maior dureza como endurecido, resistência ao desgaste e maior resistência à tração para componentes sujeitos a abrasão ou fadiga de contato—desde que você possa acomodar um controle de tratamento térmico mais rigoroso, procedimentos de soldagem mais exigentes e potencialmente custos de processamento mais altos.

Conselho prático final: sempre especifique a química exata do certificado do moinho/teste e o tratamento térmico requerido, e realize testes específicos para a aplicação (dureza, impacto, corrosão) em lotes de produção onde as condições de serviço são críticas.