201 vs 202 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Escolher entre os graus de aço inoxidável 201 e 202 é uma decisão recorrente de aquisição e design para engenheiros, planejadores de fabricação e gerentes de compras. Os trade-offs típicos são custo versus resistência à corrosão, conformabilidade versus resistência e facilidade de fabricação versus desempenho ao longo do ciclo de vida. Ambas as ligas pertencem aos aços inoxidáveis austeníticos da série 200, desenvolvidos para reduzir o teor de níquel substituindo manganês e nitrogênio; são amplamente utilizados para chapas, bobinas e componentes moldados em aplicações de consumo e leve indústria.
A principal diferença técnica entre 201 e 202 é seu equilíbrio de liga: os dois graus utilizam combinações e quantidades diferentes de manganês, níquel e cromo para estabilizar a estrutura austenítica. Essa diferença de liga produz diferenças modestas nas propriedades mecânicas, comportamento de endurecimento por trabalho e resistência à corrosão — com 202 geralmente oferecendo desempenho de corrosão marginalmente melhor e características de conformação e resistência ligeiramente diferentes em comparação com 201.
1. Normas e Designações
- AISI / UNS: comumente referenciado como UNS S20100 (201) e UNS S20200 (202) na literatura da indústria e bancos de dados de materiais.
- ASTM / ASME: os graus são utilizados sob especificações mais amplas de chapas/placas inoxidáveis (por exemplo, ASTM A240 cobre muitas ligas inoxidáveis em forma de chapa/placa), mas normas de produtos específicos e práticas de fornecimento variam por país e fábrica. Os compradores devem confirmar a especificação de compra aplicável para a forma do produto (chapa, bobina, fita, fio).
- EN / JIS / GB: normas europeias (EN), japonesas (JIS) e chinesas (GB) nem sempre listam designações diretas um a um para 201/202; equivalentes estão disponíveis comercialmente, mas devem ser verificados por requisitos químicos e mecânicos.
- Classificação: tanto 201 quanto 202 são aços inoxidáveis austeníticos (não magnéticos na condição totalmente recozida), não são aços carbono, aços para ferramentas ou HSLA. Eles pertencem ao subconjunto de austeníticos estabilizados por baixo teor de níquel e manganês-nitrogênio.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: Faixas de composição típicas (wt%) para 201 e 202 comerciais. Estas são faixas representativas encontradas em fichas técnicas comerciais para produtos de chapa/bobina; os compradores devem usar os limites de composição exatos no relatório de teste da fábrica ou na especificação de compra.
| Elemento | 201 (faixa comercial típica, wt%) | 202 (faixa comercial típica, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.15 | ≤ 0.15 |
| Mn | 5.5 – 7.5 | 6.5 – 9.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.06 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 17.0 – 19.0 |
| Ni | 3.5 – 5.5 | 4.0 – 6.0 |
| N | traço – 0.25 (controlado) | traço – 0.25 (controlado) |
Notas: - A estratégia da série 200 reduz o níquel em relação aos graus da série 300 e compensa com aumento de manganês e nitrogênio controlado para manter a estabilidade da austenita. - 202 é tipicamente formulado com cromo e níquel modestamente mais altos (e frequentemente manganês mais alto) em comparação com 201. Essa combinação visa melhorar a resistência geral à corrosão e a ductilidade em relação a algumas composições de 201, mantendo-se competitiva em custo com as ligas da série 300. - Resumo dos efeitos da liga: o cromo aumenta a oxidação geral e a estabilidade do filme passivo; o níquel estabiliza a austenita e melhora a resistência à corrosão e a tenacidade; o manganês e o nitrogênio substituem parcialmente o níquel para manter a fase austenítica e aumentar a resistência por meio de efeitos de solução sólida e intersticiais.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura (recozido): ambos os graus são totalmente austeníticos (cúbicos de face centrada) na condição recozida. Eles podem conter pequenas quantidades de delta ferrita ou carbonetos dependendo da química e do caminho de solidificação, mas as composições comerciais são projetadas para manter a austenita estável à temperatura ambiente.
- Trabalho a frio e efeitos induzidos por deformação: tanto 201 quanto 202 exibem um endurecimento por trabalho substancial quando formados a frio; grandes graus de trabalho a frio podem introduzir martensita induzida por deformação em alguns lotes, dependendo da composição e da temperatura de deformação.
- Tratamento térmico:
- Recozimento (recristalização) em temperaturas típicas de recozimento inoxidável (aprox. 1000–1100 °C) restaura a ductilidade e produz uma microestrutura austenítica livre de tensões.
- Tratamento de solução e resfriamento rápido são geralmente usados para dissolver precipitados e produzir resistência à corrosão ótima.
- Resfriamento e têmpera ou rotas de endurecimento convencionais usadas para aços ferríticos/temperados não são aplicáveis — os graus inoxidáveis austeníticos não endurecem por transformações martensíticas da mesma forma que os aços carbono resfriados.
- Processamento termo-mecânico (laminação a frio + recozimento) controla o tamanho do grão e a textura; ambas as ligas respondem bem à laminação mais recozimento para produzir chapas/bobinas com boa conformabilidade e qualidade de superfície.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: Propriedades mecânicas típicas — identifique estas como valores típicos recozidos para chapa/bobina comercial (os valores variam por forma de produto, trabalho a frio e fornecedor).
| Propriedade (recozido) | 201 (típico) | 202 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência à tração (MPa) | ~480 – 620 | ~500 – 640 |
| 0.2% Prova / Esforço (MPa) | ~205 – 310 | ~215 – 330 |
| Alongamento (A%) | ~35 – 50 | ~30 – 45 |
| Impacto Charpy (qualitativo) | Boa tenacidade em ambiente | Boa tenacidade em ambiente |
| Dureza (faixas HRB / HV) | Moderada (endurece rapidamente) | Moderada (ligeiramente mais alta como fornecida em alguns lotes) |
Interpretação: - Ambos os graus mostram envelopes mecânicos semelhantes no estado recozido; 202 frequentemente exibe valores de tração e escoamento marginalmente mais altos devido ao seu equilíbrio de liga (mais alto Ni/Cr/Mn), enquanto o alongamento pode ser ligeiramente menor dependendo da química exata e do processamento. - Ambos endurecem significativamente durante a conformação; as propriedades finais para peças trabalhadas a frio devem ser avaliadas com o nível esperado de trabalho a frio em mente. - A tenacidade ao impacto à temperatura ambiente é geralmente adequada para aplicações estruturais e de consumo comuns; nenhum dos graus é escolhido para aplicações críticas de tenacidade a baixa temperatura onde ligas especializadas são necessárias.
5. Soldabilidade
A soldabilidade dos austeníticos de baixo níquel é geralmente boa, mas o teor de liga e de nitrogênio afeta a suscetibilidade a trincas a quente e o desempenho mecânico/corrosão pós-solda.
Índices relevantes:
- O equivalente de carbono IIW:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- O índice Pcm mais detalhado para tendência a trincas a frio:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Baixo carbono (≤ 0.15 wt%) reduz o risco de precipitação de carbonetos e ataque intergranular após a soldagem. Isso é benéfico para ambos os graus. - Manganês e nitrogênio elevados podem aumentar a endurecibilidade e a tendência ao endurecimento localizado adjacente às soldas; no entanto, os aços inoxidáveis austeníticos geralmente não requerem pré-aquecimento e são menos propensos a trincas a frio induzidas por hidrogênio do que os aços carbono. - Uso de metais de adição: consumíveis de soldagem selecionados para corresponder à resistência à corrosão (por exemplo, enchimentos inoxidáveis austeníticos convencionais) preservam o desempenho da junta. Para ambientes de corrosão críticos, selecione um enchimento com pelo menos equilíbrio equivalente de níquel/cromo. - Despassivação e passivação pós-solda podem ser necessárias para restaurar a resistência à corrosão da superfície em montagens soldadas.
6. Corrosão e Proteção da Superfície
- Corrosão geral: 202 geralmente fornece resistência à corrosão geral ligeiramente melhor do que 201 devido ao seu teor de cromo e níquel modestamente mais altos. Ambos são menos resistentes à corrosão do que os da série 300 (por exemplo, 304) em ambientes contendo cloreto ou agressivos.
- Corrosão localizada: nem 201 nem 202 são recomendados para exposição prolongada a condições marinhas ou ricas em cloreto sem medidas protetoras; a resistência à corrosão por picotamento e fendas é limitada em relação a graus que contêm molibdênio.
- Quando usar índices de corrosão: PREN (Número Equivalente de Resistência ao Picotamento) é útil quando o teor de Mo e N é significativo:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Para 201/202, Mo está tipicamente ausente ou é negligenciável, e N é controlado; o PREN tem utilidade limitada porque essas ligas não são formuladas para resistência ao picotamento. - Proteção da superfície para aplicações não inoxidáveis (não relevante aqui): para componentes onde maior resistência à corrosão é necessária, mas o inox não é escolhido, galvanização, pintura ou revestimentos protetores são as alternativas.
- Orientação prática: Escolha 202 em vez de 201 quando o serviço envolver atmosferas levemente corrosivas ou umedecimento ocasional; escolha 304 ou superior quando a exposição persistente ao cloreto ou serviço externo de longo prazo for antecipada.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Conformabilidade: ambos os graus têm boa conformabilidade na condição recozida. A série 200 é frequentemente especificada para estampagem profunda e produtos de consumo moldados. 201 e 202 têm altas taxas de endurecimento por trabalho; os projetistas devem permitir o retorno elástico e considerar recozimentos intermediários para conformações severas.
- Maquinabilidade: os aços inoxidáveis austeníticos são geralmente mais difíceis de usinar do que os aços ferríticos ou carbono devido à baixa condutividade térmica e alto endurecimento por trabalho. 201 e 202 têm maquinabilidade semelhante entre si; alguns lotes recozidos na fábrica podem ser mais fáceis de usinar do que variantes fortemente ligadas. Use ferramentas afiadas, configurações rígidas e alimentação/velocidades controladas.
- Acabamento: ambos polidos e gravados bem; a seleção do acabamento da superfície (acabamento de fábrica, 2B, No. 4) afeta o comportamento da corrosão e a estética. Eletropolimento e passivação melhoram a resistência à corrosão após a fabricação.
8. Aplicações Típicas
Tabela: Usos comuns para cada grau e por que são selecionados.
| 201 — Usos Típicos | 202 — Usos Típicos |
|---|---|
| Appliances internos sensíveis ao custo (painéis traseiros, acabamentos) | Appliances de consumo com necessidades de corrosão ligeiramente mais altas (pias de cozinha, painéis de utensílios) |
| Acabamentos decorativos e elementos arquitetônicos (internos) | Acabamentos automotivos e hardware interno |
| Utensílios e panelas em linhas de produtos econômicos | Fixadores e hardware moldados onde resistência ou corrosão ligeiramente mais altas são desejadas |
| Dutos HVAC e dutos internos | Componentes estruturais leves e montagens para exposição externa leve (com cautela no design) |
Racional de seleção: - Escolha 201 para aplicações internas de grande volume, impulsionadas por custo, onde a conformabilidade máxima é necessária e resistência à corrosão de longo prazo não é exigida. - Escolha 202 quando uma resistência à corrosão ligeiramente melhor, resistência ligeiramente maior ou uma especificação de fornecedor específica exigir, mas onde o custo mais alto em relação ao 201 é aceitável.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: tanto 201 quanto 202 são posicionados como alternativas de menor custo em relação aos austeníticos da série 300 devido ao teor reduzido de níquel; 201 é frequentemente a opção de menor custo. 202 geralmente tem um pequeno prêmio sobre 201 devido ao seu maior teor de níquel/cromo.
- Disponibilidade: formas de produto comuns (chapas laminadas a frio, bobinas, fitas e alguns produtos de fio/fixadores) estão prontamente disponíveis em todo o mundo. A disponibilidade de seções pesadas, placas ou temperas especiais é mais limitada do que graus convencionais como 304.
- Nota de aquisição: os preços de níquel do mercado e a produção local da fábrica influenciam o delta de preço entre 201 e 202; considere o custo total de propriedade (fabricação, vida útil esperada, manutenção) em vez do custo inicial do material apenas.
10. Resumo e Recomendação
Tabela: comparação concisa (avaliações qualitativas)
| Característica | 201 | 202 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa (práticas austeníticas padrão) | Boa (práticas austeníticas padrão) |
| Resistência–Tenacidade (recozido) | Resistência moderada, alta ductilidade | Resistência ligeiramente maior, tenacidade comparável |
| Resistência à corrosão | Boa para serviço interno/médio | Ligeiramente melhor para ambientes levemente corrosivos |
| Conformabilidade | Muito boa (alto endurecimento por trabalho) | Muito boa (comportamento de retorno elástico ligeiramente diferente) |
| Custo | Mais baixo | Ligeiramente mais alto |
Recomendações: - Escolha 201 se você precisar da opção austenítica de menor custo para componentes de grande volume, internos ou levemente expostos, onde a estampagem profunda/conformabilidade e o custo são os principais fatores. 201 é bem adequado para acabamentos decorativos, elementos arquitetônicos internos e muitos produtos de consumo. - Escolha 202 se sua aplicação exigir um leve aumento na resistência geral à corrosão e/ou resistência, enquanto ainda permanece abaixo dos preços típicos da série 300. Use 202 quando a exposição for intermitente, o serviço for levemente corrosivo ou quando um produto especificado exigir uma composição 202.
Notas operacionais finais: - Para qualquer componente crítico, confirme o relatório de teste da fábrica do fornecedor para resultados químicos e mecânicos e solicite acabamentos de superfície e tratamentos de passivação apropriados para montagens críticas à corrosão. - Para soldagem e fabricação, siga as melhores práticas para aços inoxidáveis austeníticos: controle a entrada de calor, use metais de enchimento correspondentes e realize limpeza e passivação pós-fabricação onde a estética ou o desempenho à corrosão são importantes.