2205 vs 2507 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Os aços inoxidáveis duplex 2205 e 2507 são frequentemente comparados quando designers e equipes de compras precisam equilibrar resistência à corrosão, resistência mecânica, soldabilidade e custo do ciclo de vida. Os contextos típicos de decisão incluem seleção de tubulações offshore e equipamentos de superfície, design de plantas químicas, componentes que contêm pressão e qualquer aplicação onde a fissuração por corrosão sob tensão por cloretos ou picotamento sejam preocupações.

A principal diferença prática é que 2507 é uma liga “super-duplex” com um maior teor de liga (notavelmente cromo, molibdênio e nitrogênio) e, consequentemente, maior resistência e resistência à corrosão, enquanto 2205 é uma classe duplex amplamente utilizada que fornece um equilíbrio econômico de tenacidade, ductilidade e desempenho contra corrosão. Essas diferenças fazem de 2205 e 2507 escolhas comuns para envelopes de serviço semelhantes, com a seleção sendo impulsionada pela importância relativa da resistência e da resistência à corrosão em relação ao custo e à facilidade de fabricação.

1. Normas e Designações

• Normas e designações comuns:
• ASTM/ASME: 2205 (variantes UNS S32205 / S31803), 2507 (variantes UNS S32750 / S32760 dependendo da química exata)
• EN: 1.4462 (2205), 1.4410 / 1.4501 às vezes referenciados para variantes super-duplex (equivalentes da família 2507)
• JIS/GB: equivalentes nacionais existem, mas use UNS/EN/ASTM para compras internacionais
• Classificação:
• Tanto 2205 quanto 2507 são aços inoxidáveis; especificamente, são aços inoxidáveis duplex (microestruturas mistas de austenita + ferrita). Eles não são aços carbono, aços para ferramentas ou ligas HSLA.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo apresenta intervalos de composição típicos para os principais elementos de liga usados para distinguir 2205 (duplex padrão) de 2507 (super-duplex). Os valores são apresentados como intervalos típicos em porcentagem de peso e são representativos da prática da indústria; os limites exatos dependem da especificação/produtor.

Como a liga afeta as propriedades: - O cromo aumenta a estabilidade do filme passivo e a resistência geral à corrosão/picotamento. - O molibdênio melhora a resistência ao picotamento e à corrosão em fendas e contribui para o PREN. - O nitrogênio é um poderoso estabilizador de austenita em ligas duplex, aumenta a resistência ao escoamento, melhora a resistência ao picotamento e reduz o teor de níquel necessário. - O níquel equilibra as frações de fase (promove austenita) e melhora a tenacidade. - O maior teor de Cr, Mo e N em 2507 resulta em melhor resistência à corrosão e maior resistência (mas também maior endurecibilidade).

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas:
• Ambas as classes são projetadas para uma microestrutura de fase dupla de aproximadamente 50% de ferrita e 50% de austenita na condição de recozimento em solução. O equilíbrio exato de fase depende da química e da história térmica.
• 2205 geralmente alcança um equilíbrio duplex estável com práticas de fusão convencionais; 2507 requer controle mais rigoroso da composição e do processamento térmico para evitar ferrita excessiva e garantir formação suficiente de austenita.
• Tratamento térmico e processamento:
• Recondicionamento padrão/recozimento em solução: aquecer à faixa de recozimento em solução (comumente ≈ $1020–1100^\circ\text{C}$) seguido de resfriamento rápido (resfriamento em água) para restaurar o equilíbrio duplex e dissolver fases intermetálicas.
• Processamento termo-mecânico (laminação controlada, forjamento) afeta o tamanho e a distribuição de fase; ambas as classes podem ser produzidas em chapas e barras com propriedades mecânicas desejadas controlando os ciclos de laminação/recozimento.
• Envelhecimento ou resfriamento lento através de $300–1000^\circ\text{C}$ promove fases intermetálicas (sigma, chi) e nitretos que tornam o material quebradiço — 2507, devido ao seu maior teor de liga, requer controle térmico rigoroso para evitar esses precipitados e manter a tenacidade.
• Endurecibilidade:
• O maior teor de liga e nitrogênio de 2507 aumentam a endurecibilidade; isso afeta a resposta da HAZ da solda e promove maior resistência em regiões resfriadas.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo estão os intervalos representativos de propriedades mecânicas para formas de produto recozidas em solução (chapas, barras ou tubos) conforme comumente fornecidas. As propriedades reais dependem da forma do produto, processamento e norma de teste.

Interpretação: - Resistência: 2507 é substancialmente mais forte em ambas as resistências ao escoamento e à tração devido ao seu maior teor de Mo/Cr/N e nitrogênio; isso a torna atraente onde altas tensões de projeto ou seções mais finas são necessárias. - Tenacidade & ductilidade: 2205 geralmente oferece melhor ductilidade e tende a manter maior tenacidade ao impacto, especialmente após a fabricação. 2507 pode ser menos dúctil e mais sensível à fragilização por intermetálicos se processado incorretamente. - O compromisso entre resistência e tenacidade é central: 2507 oferece ganhos em resistência e resistência à corrosão à custa de alguma trabalhabilidade e potencialmente menor resistência ao impacto em baixa temperatura se não for processado corretamente.

5. Soldabilidade

Considerações de soldabilidade para aços inoxidáveis duplex devem levar em conta o equivalente de carbono/endurecibilidade e o controle do equilíbrio de fase.

Índices de soldabilidade úteis: - Equivalente de carbono (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Equivalente resistente ao picotamento (comumente usado para inoxidáveis):
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Fórmula sensível à deformação para tendência de trincas na solda:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - 2205: Boa soldabilidade para uma classe duplex quando o material de enchimento apropriado é usado e os parâmetros de soldagem são controlados. O menor teor de liga e o nitrogênio moderado tornam mais fácil alcançar um equilíbrio aceitável de ferrita/austenita na HAZ do que para super-duplex. O pré-aquecimento muitas vezes é desnecessário; o controle da entrada de calor e da temperatura entre passes é importante. - 2507: A soldagem é mais exigente. O maior teor de liga e nitrogênio aumentam a endurecibilidade e a tendência de formar ferrita excessiva ou intermetálicos na HAZ. A soldagem requer procedimentos qualificados, muitas vezes maior entrada de calor ou técnicas controladas para restaurar a fração de austenita, e seleção de metais de enchimento apropriados (correspondendo ou superando enchimentos super-duplex). O tratamento térmico pós-solda raramente é prático em grandes fabricados; a ênfase está na prática de soldagem que mantém um equilíbrio de fase aceitável e evita a formação de sigma. - Em ambas as classes, o controle de hidrogênio, limpeza e qualificação do procedimento de solda são essenciais para evitar trincas e atender às metas de resistência à corrosão.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Para classes duplex inoxidáveis (tanto 2205 quanto 2507), a resistência à corrosão é intrínseca e está relacionada ao PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (PREN mais alto correlaciona-se com maior resistência ao picotamento em ambientes com cloretos).
• Exemplo (apenas ilustrativo): químicas típicas de faixa média geram valores de PREN em torno de 30 para 2205 e 40 para 2507, indicando resistência ao picotamento significativamente maior para 2507 em meios agressivos com cloretos.
• Orientação prática:
• 2205: Excelente resistência geral à corrosão e boa resistência ao picotamento por cloretos e SCC até certas concentrações e temperaturas de cloreto. Amplamente utilizado em ambientes de água do mar e processos onde resistência à corrosão moderada a alta é necessária.
• 2507: Superior resistência ao picotamento e à corrosão em fendas e maior resistência à fissuração por corrosão sob tensão por cloretos e ambientes de sulfeto de hidrogênio; apropriado para os meios mais agressivos de água do mar, zonas de respingo offshore, equipamentos submarinos e funções de água de alimentação de dessalinização.
• Alternativas não inoxidáveis: Quando qualquer uma das classes não é selecionada e aços carbono/ligas são usados, a proteção de superfície (galvanização, revestimentos epóxi, revestimentos poliméricos, proteção catódica) torna-se necessária — essas estratégias de proteção não substituem o desempenho duplex inoxidável em ambientes de alta concentração de cloretos ou ácidos.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade:
• As ligas duplex endurecem ao trabalho; elas requerem configurações rígidas, ferramentas afiadas e parâmetros de corte conservadores.
• 2205 é geralmente mais fácil de usinar do que 2507 devido à menor resistência e menores tendências de endurecimento ao trabalho.
• A maior resistência e tenacidade de 2507 aumentam o desgaste das ferramentas e podem exigir velocidades de alimentação mais lentas, maior potência e ferramentas/revestimentos especializados.
• Formação e dobra:
• 2205 tem melhor formabilidade a frio; tolera raios de dobra mais apertados e formação mais complexa com menos retorno elástico do que 2507.
• 2507 tem formabilidade a frio mais limitada — raios de dobra maiores, maior força e planejamento cuidadoso do processo são necessários para evitar trincas. Estratégias de formação a quente e formação incremental são às vezes usadas.
• Acabamento:
• Ambas utilizam métodos comuns de acabamento inoxidável (desbaste, eletropolimento). A maior dureza de 2507 pode tornar o acabamento mecânico mais lento.
• Controle de fabricação:
• Ambas as classes requerem controle da entrada de calor durante a soldagem e evitar exposição prolongada a temperaturas que formam intermetálicos; 2507 é mais sensível.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha 2205 quando um equilíbrio de resistência, tenacidade, resistência à corrosão e custo for necessário para a maioria das aplicações em água do mar/processo. - Escolha 2507 quando o ambiente ou as cargas de projeto exigirem a maior combinação prática de resistência ao picotamento/SCC e resistência, e quando o custo do ciclo de vida justificar um maior custo inicial de material e fabricação.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: 2507 é materialmente mais caro do que 2205 devido ao maior teor de liga e controles de produção mais rigorosos. O custo do material por kg e o custo total instalado (incluindo soldagem/fabricação) são mais altos.
• Disponibilidade: 2205 está amplamente disponível em formas de chapa, tubo, conexão e barra de muitos produtores. 2507 está disponível, mas em menos fontes de usina e com prazos de entrega mais longos e potencialmente menor variedade de tamanhos/espessuras de produtos.
• Implicações de aquisição: Para grandes volumes ou tamanhos padrão, 2205 é frequentemente a escolha de menor custo e mais prontamente disponível. Para tamanhos especializados ou requisitos super-duplex, planeje a seleção de fornecedores e prazos de entrega com antecedência.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha 2205 se: - Você precisa de um duplex inoxidável custo-efetivo com forte resistência geral à corrosão e boa fabricabilidade para tubulações, trocadores de calor, eixos e serviço geral em água do mar/processo. - A simplicidade na fabricação, prazos de entrega mais curtos ou maior formabilidade a frio são importantes. - Escolha 2507 se: - As condições de serviço incluem altas concentrações de cloretos, temperaturas mais altas, ambientes ácidos (H2S) ou quando o projeto exige maior resistência ao escoamento/tração e máxima resistência ao picotamento e SCC. - O projeto pode acomodar maior custo de material, controles de soldagem/fabricação mais rigorosos e potenciais prazos de entrega de fornecimento.

Nota final: ambas as ligas são altamente capazes quando especificadas e processadas corretamente. A escolha certa requer corresponder à severidade do ambiente de corrosão, requisitos de carga mecânica, capacidade de fabricação e custo total do ciclo de vida. Para sistemas críticos, realize testes de corrosão específicos da aplicação, qualificação de procedimentos de soldagem e verificação da cadeia de suprimentos antes da seleção final.