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

Introdução

Engenheiros e profissionais de compras enfrentam rotineiramente um dilema comum na seleção de materiais: priorizar resistência à corrosão e soldabilidade a um custo econômico, ou investir em uma liga de maior resistência que resista à corrosão localizada em ambientes agressivos de cloreto. O tipo 304 (um aço inoxidável austenítico amplamente utilizado) e o 2205 (um aço inoxidável duplex de fase mista) frequentemente aparecem como alternativas para equipamentos de processo, tubulações, trocadores de calor e componentes estruturais onde o desempenho inoxidável é necessário.

A distinção metalúrgica fundamental entre essas ligas é sua constituição de fase: uma é essencialmente um aço austenítico estabilizado por níquel de fase única; a outra é uma liga de duas fases com um equilíbrio deliberado de ferrita e austenita. Essa diferença gera contrastes em resistência, resistência à corrosão em cloretos, comportamento térmico e características de fabricação — portanto, elas são frequentemente comparadas diretamente durante o design, compras e planejamento de fabricação.

1. Normas e Designações

• Tipo 304
• Normas comuns: ASTM A240 / ASME SA-240 (placa/folha), ASTM A276 (barras), ASTM A312 (tubos), EN 1.4301 / X5CrNi18-10, JIS SUS304, GB 06Cr19Ni10.
• Classificação: Aço inoxidável — austenítico (não magnético em condição de recozimento em solução).
• Tipo 2205
• Normas comuns: ASTM A240 (as ligas duplex sob ASTM são frequentemente listadas como variantes UNS S32205 ou S31803), ASTM A790 / A815 para tubulações duplex, EN 1.4462 / X2CrNiMoN22-5-3, JIS frequentemente faz referência a equivalentes duplex, GB para aços inoxidáveis duplex.
• Classificação: Aço inoxidável — duplex (ferrita + austenita mista).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir apresenta intervalos de composição típicos para os aços inoxidáveis 304 e 2205 de grau comercial. Os valores são intervalos representativos usados em normas e práticas comuns de usinas; consulte os certificados de material para valores exatos de lote.

Elemento	304 (intervalos típicos, % em peso)	2205 (intervalos típicos, % em peso)
C	≤ 0.08	≤ 0.03
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 0.75	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.03
S	≤ 0.03	≤ 0.02
Cr	18.0–20.0	21.0–23.0
Ni	8.0–10.5	4.5–6.5
Mo	— (traço)	2.5–3.5
V	—	—
Nb	—	—
Ti	—	—
B	—	—
N	≤ 0.10 (geralmente ≤0.1)	0.12–0.20 (adicionado para equilíbrio duplex)

Resumo da estratégia de liga: - O 304 depende de um níquel significativo para estabilizar a austenita cúbica de face centrada e proporcionar ductilidade, tenacidade e boa resistência geral à corrosão. - O 2205 combina cromo elevado, molibdênio adicionado e nitrogênio com níquel reduzido para obter uma microestrutura de ferrita+austenita de duas fases que aumenta a resistência e melhora a resistência à corrosão por picotamento e fendas em cloretos. O nitrogênio também contribui para a resistência e resistência ao picotamento.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura: - 304: Tipicamente austenita de fase única (FCC). Em condição de recozimento em solução, é totalmente austenítico e não magnético (exceto leve magnetismo após trabalho a frio). A precipitação de carbonetos (por exemplo, M23C6) pode ocorrer nas fronteiras de grão se exposta a temperaturas de sensibilização (aprox. 450–850°C), reduzindo a resistência à corrosão intergranular, a menos que estabilizada ou recozida em solução. - 2205: Microestrutura duplex alvo com aproximadamente 40–60% de ferrita (cúbica de corpo centrado) e 40–60% de austenita. As fases equilibradas proporcionam maior resistência e melhor resistência à fissuração por corrosão sob tensão em muitos ambientes de cloreto em comparação com os austeníticos.

Resposta ao tratamento térmico: - 304: Não endurecível por tratamento térmico convencional (sem transformação martensítica ao resfriar). A resistência pode ser aumentada por trabalho a frio (endurecimento por deformação). Para resistência à corrosão após soldagem ou exposição a altas temperaturas, o recozimento em solução (por exemplo, 1010–1150°C seguido de resfriamento rápido) restaura a microestrutura e dissolve precipitados. - 2205: Também não é endurecido por endurecimento convencional; é tratado termicamente por recozimento em solução (comumente em torno de 1020°C) seguido de resfriamento rápido para manter o equilíbrio duplex. A exposição prolongada entre ~300°C e 1000°C promove fases intermetálicas indesejáveis (sigma, chi) e nitretos que tornam o material quebradiço e reduzem a resistência à corrosão; portanto, os ciclos térmicos devem ser controlados. Ciclos de normalização ou resfriamento e têmpera usados para aços carbono/ligados não são aplicáveis.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela abaixo lista propriedades mecânicas representativas para condições de recozimento em solução. Os valores são aproximados e variam com a forma do produto, processamento e norma de teste.

Propriedade	304 (recozido, típico)	2205 (duplex recozido em solução, típico)
Resistência à tração (MPa)	~500–700	~600–900
Resistência ao escoamento (0.2% offset, MPa)	~200–300	~450–550
Alongamento (porcentagem)	~40–60%	~25–35%
Tenacidade ao impacto Charpy (temperatura ambiente)	Alta, boa tenacidade a baixa temperatura	Boa, mas inferior ao 304 em termos de porcentagem de alongamento
Dureza (HB ou HRC aproximada)	~120–200 HB	~200–300 HB

Interpretação: - O 2205 apresenta resistência ao escoamento e à tração substancialmente mais altas do que o 304 devido à sua microestrutura duplex e conteúdo de nitrogênio; a resistência típica pode ser aproximadamente o dobro da do 304. Essa maior resistência reduz a espessura de seção necessária em muitas aplicações estruturais ou de pressão. - O 304 é mais dúctil e geralmente apresenta maior alongamento e muito boa tenacidade, particularmente em baixas temperaturas. O 2205 mantém boa tenacidade, mas menos ductilidade e mais retorno elástico durante a conformação.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do conteúdo de carbono, da liga que promove a endurecibilidade e da suscetibilidade a fases prejudiciais.

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 (para avaliações inoxidáveis mais complexas): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - 304: Excelente soldabilidade por processos de fusão comuns (GMAW, GTAW, SMAW). O baixo teor de carbono e o alto teor de níquel reduzem as tendências de trincas a quente e promovem metal de solda dúctil. O recozimento em solução pós-soldagem raramente é necessário, a menos que o serviço seja sensível ao cloreto e a sensibilização possa ocorrer. - 2205: Soldável, mas mais exigente. O equilíbrio duplex pode ser perturbado pela entrada de calor; o controle das temperaturas entre passes, a correspondência dos metais de adição (por exemplo, 2209 ou fios de solda duplex especialmente formulados) e, às vezes, o recozimento em solução pós-soldagem são necessários para restaurar o equilíbrio de fase desejável e minimizar a formação da fase sigma. O 2205 é menos tolerante a amplas faixas de diluição e resfriamento lento que promovem fases intermetálicas; a pré-qualificação de procedimentos é recomendada para serviços críticos.

Resumo da soldabilidade: O 304 é mais fácil de soldar em condições rotineiras de oficina; o 2205 requer controle de procedimento mais rigoroso para evitar perda das propriedades duplex e manter a resistência à corrosão.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Para os graus inoxidáveis, a resistência à corrosão localizada é frequentemente quantificada pelo número equivalente de resistência ao picotamento (PREN): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice sugere que ligas com maior Mo e N e Cr adequado resistirão melhor ao picotamento em cloretos.
• O 304 contém pouco ou nenhum molibdênio e geralmente baixo teor de nitrogênio, portanto, seu PREN é baixo em relação às ligas duplex; ele se comporta bem contra corrosão geral, mas é propenso a picotamento e corrosão por fenda em ambientes ricos em cloreto (por exemplo, água do mar, salmouras).
• O 2205 possui cromo elevado, molibdênio significativo e nitrogênio adicionado, resultando em um PREN substancialmente mais alto e muito melhor resistência ao picotamento e corrosão por fenda em meios contendo cloreto. Ele também é mais resistente à fissuração por corrosão sob tensão do que o 304 em muitas situações.
• Aços não inoxidáveis: não aplicável aqui, mas ligas não inoxidáveis geralmente requerem proteção de superfície (galvanização, pintura, revestimento) para evitar corrosão.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Maquinabilidade:
• 304: Maquinabilidade moderada; endurece rapidamente, portanto, ferramentas afiadas, taxas de alimentação controladas e controle adequado de cavacos são essenciais. Classificação típica de maquinabilidade ~40–50% dos aços de corte livre.
• 2205: Mais difícil de usinar devido à maior resistência e endurecimento por trabalho; velocidades de corte mais baixas e ferramentas robustas são necessárias. A vida útil da ferramenta é tipicamente mais curta do que a do 304.
• Conformabilidade:
• 304: Excelente conformabilidade a frio e capacidade de conformação profunda; amplamente utilizado para componentes moldados e trabalho de prensa.
• 2205: A conformação é limitada em comparação com o 304 devido à maior resistência ao escoamento e menor alongamento; a conformação a frio severa apresenta riscos de trincas e deve ser abordada de forma conservadora. A conformação a quente ou processos especializados podem ser utilizados.
• Acabamento de superfície: Ambos aceitam acabamentos padrão (polimento, eletropolimento). O duplex deve evitar exposição prolongada a temperaturas que precipitam intermetálicos durante o pós-processamento.

8. Aplicações Típicas

Tipo 304 (usos típicos)	Tipo 2205 (usos típicos)
Equipamentos de processamento de alimentos, utensílios de cozinha, trocadores de calor para serviços não clorados, painéis arquitetônicos, tanques químicos para ambientes brandos	Tubulações e vasos de processos químicos em meios contendo cloreto, sistemas de água do mar e dessalinização, componentes de petróleo e gás em superfície e subsea, tanques de licor de polpa e papel
Fixadores, acabamentos, dutos HVAC, conexões sanitárias	Vasos de pressão e tubulações onde maior resistência permite redução da espessura da parede, trocadores de calor em água salobra ou do mar, conexões e flanges para ambientes agressivos
Componentes resistentes à corrosão de uso geral onde a eficiência de custo e a conformabilidade são prioridades	Aplicações que requerem resistência superior ao picotamento, resistência melhorada à fissuração por corrosão sob tensão e maior resistência mecânica

Justificativa da seleção: Escolha 304 quando excelente conformabilidade, soldabilidade e economia forem prioridades e a exposição ao cloreto for limitada. Escolha 2205 quando a corrosão por picotamento/fenda induzida por cloreto ou a necessidade de reduzir a espessura da seção aproveitando a maior resistência direcionar a decisão.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: O 2205 é geralmente mais caro que o 304 devido ao maior teor de liga (Mo e N), controles de processo mais rigorosos e volumes de produção menores. A diferença de preço varia com as condições de mercado e a forma do produto.
• Disponibilidade: O 304 é um dos graus inoxidáveis mais amplamente disponíveis em todo o mundo em chapa, placa, tubo, barra e fixadores. O 2205 está amplamente disponível para placa, tubo e conexões em tamanhos industriais, mas pode ter prazos de entrega mais longos ou sortimento limitado para acabamentos especiais ou fixadores de pequeno diâmetro.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Critério	304	2205
Soldabilidade	Excelente; tolerante	Boa, mas sensível ao procedimento
Resistência–Tenacidade	Resistência moderada, alta ductilidade & tenacidade	Alta resistência, boa tenacidade, menos dúctil
Resistência à corrosão (picotamento/fenda)	Limitada em cloretos	Superior em cloretos
Custo	Menor	Maior
Conformabilidade	Excelente	Limitada

Recomendação: - Escolha 304 se: - Você requer boa resistência geral à corrosão, excelente conformabilidade e soldagem simples ao menor custo razoável. - O serviço envolve ambientes alimentares, sanitários ou químicos brandos sem exposição sustentada ao cloreto. - Facilidade de fabricação, disponibilidade e ductilidade são fatores primordiais.

• Escolha 2205 se:
• O componente operará em ambientes contendo cloreto ou de outra forma agressivos onde picotamento, corrosão por fenda ou fissuração por corrosão sob tensão são preocupações.
• Maior resistência mecânica (permitindo seções mais finas ou classificações de pressão mais altas) é necessária.
• O desempenho do ciclo de vida a longo prazo em meios agressivos justifica o maior custo de material e processamento; e o projeto pode acomodar procedimentos de soldagem e fabricação mais controlados.

Nota final: A escolha correta depende do equilíbrio entre o ambiente de corrosão, requisitos mecânicos, capacidade de fabricação e custo do ciclo de vida. Para sistemas críticos, avalie usando testes de corrosão localizada, qualificação de procedimentos de soldagem e modelos de custo do ciclo de vida, em vez de heurísticas baseadas apenas na composição.