201 vs 202 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Selecionar entre os graus de aço inoxidável 201 e 202 é uma decisão frequente de aquisição e design para engenheiros, planejadores de fabricação e compradores que equilibram resistência à corrosão, desempenho mecânico e custo. Os contextos típicos de decisão incluem chapas e tiras para eletrodomésticos, acabamentos arquitetônicos, fixadores e componentes moldados onde uma liga austenítica completa da série 300 pode ser proibitiva em termos de custo.

A distinção composicional crítica entre os dois graus centra-se em como o níquel e o manganês são utilizados para alcançar a estabilidade da austenita: as duas ligas usam diferentes balanços de níquel para manganês. Esse balanço afeta a estabilidade da austenita, a resposta ao trabalho a frio, a resistência à corrosão e o custo; consequentemente, 201 e 202 são frequentemente comparados onde a sensibilidade ao preço do níquel e as compensações de desempenho devem ser ponderadas.

1. Normas e Designações

• Designações internacionais comuns:
• AISI/UNS: 201 = UNS S20100; 202 = UNS S20200.
• ASTM/ASME: Ambos aparecem em várias normas de produtos ASTM para tiras/chapas de aço inoxidável laminadas a frio ou a quente; consulte a especificação do produto específica.
• EN / EN ISO: Esses graus não são 1:1 com os números EN da série 300, mas equivalentes são frequentemente listados em tabelas de referência cruzada de fornecedores.

• JIS / GB: Existem equivalentes regionais; verifique os limites químicos exatos de acordo com a norma local para aquisição.

• Classificação: Tanto 201 quanto 202 são aços inoxidáveis austeníticos (não magnéticos na condição recozida); não são HSLA, aços carbono ou aços para ferramentas. Eles fazem parte dos austeníticos da “série 200”, projetados como alternativas de baixo níquel aos aços inoxidáveis da série 300.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir lista intervalos de composição típicos e comumente citados. Os limites reais variam de acordo com a especificação e o moinho; sempre verifique os certificados do moinho para aquisição.

Notas: - A diferença saliente está em como o níquel e o manganês são equilibrados. O grau 202 geralmente contém mais manganês e ligeiramente mais cromo; o níquel é apenas marginalmente mais alto do que em 201. O efeito líquido é uma menor razão níquel‑para‑manganês em 202 em comparação com 201, o que influencia a estabilidade da austenita e a resposta ao trabalho a frio. - Ambos os graus omitem molibdênio (Mo) significativo e elementos de microligação comumente usados em graus inoxidáveis ferríticos ou martensíticos.

Como a estratégia de liga afeta as propriedades: - O cromo fornece o filme passivo que confere resistência à corrosão aos aços inoxidáveis; ambos os graus têm Cr na faixa média e oferecem resistência geral à corrosão atmosférica e química leve. - O níquel estabiliza a fase austenítica e melhora a ductilidade e tenacidade em baixas temperaturas. - O manganês e o nitrogênio são usados como estabilizadores de austenita baratos para reduzir a demanda por níquel. O alto Mn aumenta a taxa de endurecimento por trabalho e pode afetar a conformabilidade e a usinabilidade. - A ausência de Mo limita a resistência à corrosão por picotamento e fendas em comparação com ligas da série 300 ou ligas contendo Mo.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura (na condição recozida): Tanto 201 quanto 202 são principalmente totalmente austeníticos à temperatura ambiente quando processados de acordo com a especificação. Pequenas quantidades de ferrita delta ou outras fases menores podem aparecer dependendo da composição exata e da história térmica, mas esses graus são projetados para serem austeníticos na condição recozida.
• Resposta ao tratamento térmico:
• Aços inoxidáveis austeníticos não são endurecidos por processos convencionais de têmpera e revenimento. Nem 201 nem 202 podem ser transformados em martensíticos por tratamento térmico.
• Recozimento de solução (recozimento típico a cerca de 1010–1120 °C seguido de resfriamento rápido) restaura a ductilidade e dissolve fases induzidas por tensão formadas durante o trabalho a frio.
• Trabalho a frio (laminação, tração) é a principal maneira de aumentar a resistência nessas ligas: o endurecimento por trabalho aumenta as resistências de escoamento e tração enquanto reduz a elongação e tenacidade.
• Processamento termo-mecânico (deformação a frio controlada + recozimento de recristalização) definirá o tamanho do grão e a textura e, assim, influenciará a conformabilidade final e o acabamento superficial.
• Implicação prática: O design e o processamento devem assumir que as propriedades são dominadas pela história de trabalho a frio e recozimento, não pela capacidade de endurecimento por têmpera.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas absolutas dependem fortemente da forma do produto (chapas laminadas a frio, tiras, bobinas ou barras laminadas a frio) e da condição (totalmente recozidas vs. vários níveis de trabalho a frio). A tabela a seguir resume o comportamento comparativo em vez de valores específicos do moinho.

Qual é mais forte/tenaz/ductil e por quê: - Resistência: Ambos os graus são semelhantes na condição recozida. As diferenças são principalmente impulsionadas pelo processo; como o manganês e o nitrogênio influenciam o endurecimento por trabalho, 201 pode às vezes mostrar uma resistência endurecida por trabalho mais alta dependendo das composições exatas e da história de redução a frio, mas isso não é universal. - Tenacidade e ductilidade: Ambos mantêm alta tenacidade e boa ductilidade na condição recozida devido à matriz austenítica; as diferenças são menores e dependem da aplicação.

5. Soldabilidade

• Perspectiva geral: Aços inoxidáveis austeníticos da série 200 são facilmente soldados por processos comuns de soldagem por fusão e resistência. Eles não endurecem por tratamento térmico, e as soldas permanecem dúcteis e tenazes.
• Fatores influentes: O teor de carbono, manganês, nitrogênio e elementos residuais afetam a suscetibilidade a trincas a quente, o teor de ferrita na zona de fusão e as propriedades mecânicas pós-solda.
• Índices de soldabilidade úteis (para interpretação qualitativa):
• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm (Índice de suscetibilidade a picotamento/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):
• Tanto 201 quanto 202 são de baixo carbono e moderadamente ligadas; seus $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ são geralmente baixos em relação aos aços de alto carbono, indicando boa soldabilidade.
• Teores mais altos de manganês e nitrogênio (usados como estabilizadores de austenita) podem promover trincas a quente em certas situações de solda ou alterar o teor de ferrita no metal de solda; usar metal de adição apropriado (geralmente um metal de adição compatível da série 300) e controlar a entrada de calor mitiga defeitos.
• Pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda são tipicamente desnecessários para controle de corrosão ou hidrogênio, mas a soldagem de seções mais espessas ou metais dissimilares deve seguir procedimentos qualificados.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Como ligas inoxidáveis com cromo ≈16–19 wt%, ambos os graus oferecem resistência geral à corrosão atmosférica, alimentos e muitos produtos químicos leves. Eles são menos resistentes à corrosão do que as ligas da série 300 (304/316) em ambientes contendo cloreto.
• PREN (Número Equivalente de Resistência ao Picotamento) é usado para avaliar a resistência ao picotamento por cloreto quando Mo/N e outros inibidores de picotamento estão presentes: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para 201 e 202, Mo ≈ 0 e N é baixo; portanto, os valores de PREN são baixos em comparação com ligas contendo Mo. Use PREN apenas quando Mo e N forem significativos — caso contrário, o índice mostra que esses graus não são destinados a ambientes agressivos com cloreto.
• Proteção superficial:
• Na maioria das aplicações, esses são usados como inoxidáveis (sem revestimento adicional); para ambientes altamente agressivos, proteção superficial como passivação, eletropolimento ou revestimentos protetores pode ser necessária.
• Para serviços externos ou costeiros exigentes, considere graus de maior liga ou revestimentos protetores (galvanização a quente geralmente não é usada em inoxidáveis onde o comportamento inoxidável inerente é necessário).

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformação: Ambos os graus são conformáveis na condição recozida. A conformação profunda e complexa é possível, mas requer ferramentas ajustadas para taxas de endurecimento por trabalho mais altas quando comparadas às ligas da série 300.
• Usinabilidade: As ligas da série 200 geralmente são menos usináveis do que os aços carbono de corte livre; seu maior endurecimento por trabalho e tendência a endurecer na interface da ferramenta significam forças de corte mais altas e desgaste rápido da ferramenta, a menos que as ferramentas e as alimentações sejam otimizadas. 202 é frequentemente considerada semelhante a 201 em usinabilidade; a usinabilidade específica depende da forma do produto e do tratamento térmico.
• Acabamento: Polimento, escovação e acabamento superficial são típicos; o controle da coloração térmica da soldagem e a passivação apropriada são recomendados para restaurar a resistência à corrosão após a fabricação.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha com base no ambiente de corrosão (leve vs. moderado), conformabilidade necessária (conformação profunda vs. dobra simples), expectativas de acabamento superficial e custo do material. Para serviços expostos a cloretos pesados, escolha graus de maior liga.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Tanto 201 quanto 202 foram desenvolvidos para reduzir o teor de níquel e, assim, diminuir o custo em relação às ligas da série 300 quando os preços do níquel estão altos. O custo relativo entre 201 e 202 flutua com os mercados de elementos de liga (Ni, Mn, Cr). Historicamente, 201 é frequentemente ligeiramente mais barato que 202, mas a oferta e demanda local, e a diferença de preço entre níquel/manganês, determinam o custo real de aquisição.
• Disponibilidade: 201 é amplamente produzido e comumente disponível em chapas, tiras, bobinas e alguns produtos moldados. A disponibilidade de 202 varia por região e forma do produto; em alguns mercados, é oferecido como uma alternativa a 201 quando o desempenho ou a preferência do fornecedor sugerem isso.

10. Resumo e Recomendação

Tabela resumo (qualitativa)

Recomendações: - Escolha 201 se: - O custo for o principal fator e as condições de serviço forem gerais (internas, eletrodomésticos domésticos, acabamentos decorativos). - Você precisar de um inoxidável austenítico custo-efetivo com boa tenacidade e resistência à corrosão aceitável para ambientes leves. - Escolha 202 se: - Você exigir resistência à corrosão geral marginalmente melhor ou características de conformabilidade ligeiramente diferentes oferecidas pelo balanço alterado de Ni/Mn. - O mercado de aquisição mostrar preços favoráveis ou melhor disponibilidade para 202 na forma de produto necessária.

Notas finais: - Ambos os graus se comportam como aços inoxidáveis austeníticos e são selecionados para aplicações de serviço geral sensíveis ao custo. A distinção técnica definidora é a estratégia de níquel vs. manganês para estabilizar a austenita; essa afinação composicional altera o endurecimento por trabalho, o desempenho contra corrosão e a sensibilidade ao preço. Para componentes críticos, sempre especifique os certificados do moinho necessários, a forma do produto e o tratamento térmico, e valide as montagens soldadas com procedimentos qualificados.