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

Introdução

O tipo 304 e sua variante de baixo carbono 304L são os dois aços inoxidáveis austeníticos mais amplamente especificados na indústria. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação pesam rotineiramente a resistência à corrosão, o desempenho mecânico, a soldabilidade e o custo ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem equipamentos que contêm pressão, processamento de alimentos e farmacêuticos, componentes arquitetônicos e montagens soldadas onde a resistência à corrosão pós-solda é crítica.

A principal distinção metalúrgica é o menor teor máximo de carbono do 304L em comparação com o 304. Essa única mudança altera a suscetibilidade à precipitação de carbonetos durante a soldagem e a exposição a altas temperaturas, e, portanto, afeta a soldabilidade e o comportamento de corrosão pós-solda, produzindo apenas pequenas diferenças na resistência mecânica.

1. Normas e Designações

• ASTM/ASME: A240 (chapas), A276 (barras), A312 (tubos) — referências comuns para ambas as ligas.
• UNS: 304 = S30400; 304L = S30403.
• EN: 304 = 1.4301; 304L = 1.4307.
• Equivalentes JIS e GB existem (por exemplo, SUS304 / SUS304L em JIS).
• Classificação: ambos são aços inoxidáveis (austeníticos); não são aços carbono, aços de liga, aços para ferramentas ou HSLA.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume os principais elementos de liga e a prática de controle típica para cada liga. Os valores mostrados são máximos representativos ou faixas típicas por especificações comumente usadas; consulte sempre a especificação do projeto ou o certificado de teste do moinho para limites contratuais.

Como a liga afeta as propriedades: - O cromo forma o filme de óxido passivo que confere ao aço inoxidável sua resistência à corrosão. - O níquel estabiliza a fase austenítica e melhora a tenacidade e a ductilidade. - O carbono aumenta a resistência, mas em concentrações mais altas pode se combinar com o cromo para formar carbonetos de cromo nas fronteiras de grão, reduzindo a resistência à corrosão local (sensibilização). - O menor teor de carbono no 304L reduz a tendência à precipitação de carbonetos durante a soldagem e a exposição a altas temperaturas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Tanto o 304 quanto o 304L são totalmente austeníticos em temperaturas ambiente quando processados corretamente. Características microestruturais típicas e respostas ao tratamento térmico:

• Como fabricado (recozido/recozido em solução): austenita cúbica de face centrada (FCC) uniforme com carbonetos finos e uniformemente distribuídos (se houver). O recozimento em solução dissolve os carbonetos e restaura a resistência à corrosão resfriando rapidamente para evitar a reprecipitação.
• Trabalho a frio: ambas as ligas endurecem rapidamente (aços inoxidáveis austeníticos têm altas taxas de endurecimento por deformação), produzindo maior densidade de discordâncias e possivelmente martensita induzida por deformação em seções fortemente deformadas (especialmente em temperaturas baixas ou com conformação a frio agressiva).
• Soldagem e sensibilização: quando expostas à faixa de 450–850 °C (aprox.) durante a soldagem, carbonetos de cromo podem precipitar nas fronteiras de grão no 304 de maior carbono, esgotando o cromo adjacente e aumentando a suscetibilidade à corrosão intergranular. O menor teor de carbono do 304L minimiza esse risco de precipitação de carbonetos.
• Tratamento térmico: nenhuma das ligas endurece por resfriamento; o recozimento em solução (por exemplo, 1050–1100 °C) seguido de resfriamento rápido é usado para recuperar a resistência à corrosão e a ductilidade. Nenhum endurecimento convencional por resfriamento e revenido é aplicável como para aços martensíticos.

4. Propriedades Mecânicas

Em vez de valores absolutos (que dependem da forma do produto e da especificação), a tabela abaixo compara o comportamento relativo típico na condição recozida.

Implicação prática: as diferenças de resistência entre 304 e 304L são modestas na condição recozida e muitas vezes não são decisivas, exceto onde são exigidas resistências mínimas especificadas por código.

5. Soldabilidade

Aços inoxidáveis austeníticos são geralmente considerados altamente soldáveis; no entanto, o teor de carbono afeta a suscetibilidade à precipitação de carbonetos e a necessidade de tratamentos pós-solda.

Considerações chave sobre soldabilidade: - O menor teor de carbono no 304L reduz o risco de sensibilização e corrosão intergranular pós-solda, tornando o 304L uma escolha mais segura para estruturas soldadas que não serão recozidas em solução após a fabricação. - Ambas as ligas exibem alta ductilidade na solda e na zona afetada pelo calor (HAZ), minimizando o risco de trincas a frio. Elas são propensas a trincas a quente sob condições inadequadas de soldagem se houver contaminantes ou má adequação. - Aços inoxidáveis austeníticos têm alta expansão térmica e baixa condutividade térmica; o controle de distorção e o design da junta são importantes.

Índices empíricos úteis de soldabilidade (interprete qualitativamente): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Um maior $CE_{IIW}$ indica maior endurecibilidade e aumento do risco de trincas em aços onde transformações martensíticas são relevantes; para aços inoxidáveis austeníticos, ajuda a comparar os efeitos relativos do conteúdo de liga no comportamento da HAZ da solda. - Número equivalente de resistência ao picotamento (para inoxidáveis de liga) e a fórmula Pcm comumente usada para propensão 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: valores mais baixos de $P_{cm}$ implicam menor suscetibilidade a trincas na solda. O menor teor de carbono do 304L reduz a contribuição do $P_{cm}$ do carbono em comparação com o 304.

Orientação qualitativa: - Use 304L para grandes montagens soldadas, seções finas sem recozimento pós-solda, ou quando a peça não puder ser recozida em solução após a soldagem. - Se a fabricação incluir recozimento completo em solução após a soldagem, o 304 pode ser aceitável; o 304 pode oferecer resistência ligeiramente maior onde benéfico.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto o 304 quanto o 304L dependem de um óxido passivo rico em cromo para resistência à corrosão em ambientes brandos (atmosféricos, muitos serviços de alimentos e químicos). Nenhum contém molibdênio e, portanto, é menos resistente ao picotamento localizado em ambientes ricos em cloreto do que as ligas contendo Mo.
• PREN (número equivalente de resistência ao picotamento) é comumente usado para ligas contendo Mo e N para estimar a resistência ao picotamento: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Para 304/304L, Mo ≈ 0, então PREN é essencialmente Cr + 16×N; este índice tem discriminação limitada para essas ligas porque sua composição carece de Mo.
• Sensibilização e corrosão intergranular: a principal diferença prática é que o 304L é menos propenso à sensibilização após a soldagem porque a precipitação de carbonetos que requer carbono apreciável é menos provável. Para serviços onde a corrosão intergranular é uma preocupação e o recozimento em solução pós-solda é impraticável, o 304L é preferido.
• Proteção de superfície: sendo inoxidável, nenhuma das ligas requer rotineiramente galvanização ou pintura para prevenção de corrosão, mas danos mecânicos, exposição agressiva ao cloreto ou ambientes químicos severos podem exigir revestimentos, proteção catódica ou substituição por ligas de maior teor de liga.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade: ambas as ligas formam e são moldadas bem na condição recozida; a resistência ligeiramente menor do 304L pode ajudar em operações de conformação ou moldagem onde minimizar trincas e retorno é benéfico.
• Usinabilidade: aços inoxidáveis austeníticos são mais difíceis de usinar do que aços carbono devido ao rápido endurecimento por trabalho e baixa condutividade térmica. O 304 e o 304L têm usinabilidade semelhante; ferramentas de carboneto e parâmetros de corte controlados são recomendados. Existem variantes de corte livre sulfurizadas (por exemplo, 303) para melhor usinabilidade, mas com resistência à corrosão comprometida.
• Acabamento de superfície e polimento: ambos recebem um alto polimento, com preparação de superfície e acabamento mecânico sendo semelhantes.
• Fabricação por soldagem: o 304L reduz o risco de corrosão pós-solda em montagens soldadas e muitas vezes elimina a necessidade de recozimento em solução apenas para recuperar a resistência à corrosão.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: escolha 304 quando resistência mecânica ligeiramente maior e fabricação padrão com possível recozimento pós-solda forem aceitáveis e quando a minimização de custos for um fator determinante. Escolha 304L quando a soldagem dominar a rota de fabricação e o projeto não puder ou não quiser incluir recozimento em solução após a soldagem, ou quando a minimização do risco de corrosão intergranular for obrigatória.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: o 304 é geralmente ligeiramente menos caro por quilo do que aços inoxidáveis estabilizados ou especializados; o 304L pode ter um pequeno prêmio devido ao controle mais rigoroso do carbono, mas em muitos mercados a diferença de preço entre 304 e 304L é pequena.
• Disponibilidade: ambos estão amplamente disponíveis em formas de chapa, folha, bobina, tubo, tubo e barra de múltiplos moinhos e distribuidores globais. Os prazos de entrega são tipicamente curtos para formas de produtos padrão; para grandes volumes ou acabamentos de superfície especiais, confirme a disponibilidade cedo na aquisição.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha 304 se: - Você precisar de resistência à tração ou ao escoamento ligeiramente maior na condição recozida e o recozimento completo em solução após a fabricação estiver planejado ou for alcançável. - O design for fabricado principalmente com parafusos ou onde a soldagem é limitada e a sensibilidade à precipitação de carbonetos pós-solda for baixa. - Escolha 304L se: - O componente for soldado extensivamente e não puder ser recozido em solução posteriormente, ou se minimizar o risco de corrosão intergranular na HAZ for um requisito chave. - As condições de fabricação e serviço envolverem temperaturas ou exposições que, de outra forma, promoveriam a sensibilização no 304 de maior carbono.

Nota prática final: a diferença no teor de carbono é pequena, mas significativa para montagens soldadas e exposição a altas temperaturas. Para equipamentos de pressão críticos para a segurança ou regulamentados por código, sempre confirme a seleção do material em relação ao padrão ou código governante (por exemplo, ASME) e especifique a forma do produto necessária, o tratamento pós-solda e os critérios de inspeção nos documentos de aquisição.