304 vs 305 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

As ligas 304 e 305 são ambos aços inoxidáveis austeníticos amplamente utilizados em aplicações de processamento, eletrodomésticos, arquitetura e industriais. Engenheiros e equipes de compras comumente ponderam a resistência à corrosão, a conformabilidade, a soldabilidade e o custo ao escolher entre eles. O dilema da seleção geralmente se concentra em saber se um projeto precisa da maior conformabilidade e menor taxa de endurecimento por trabalho de uma liga em comparação com as propriedades amplas e equilibradas e a disponibilidade ubíqua da outra.

A principal distinção prática é que a 305 é ligada para aumentar a ductilidade e a facilidade de conformação a frio em relação à 304 (principalmente por meio de uma estratégia de aumento de níquel e controle associado de carbono e nitrogênio). Essa diferença impulsiona desempenhos distintos em estampagem profunda, conformação a estiramento e algumas operações de usinagem, enquanto a resistência à corrosão geral e a estabilidade em altas temperaturas permanecem semelhantes. Devido à sobreposição no conteúdo de cromo e ferro base, 304 e 305 são frequentemente comparadas quando os projetistas desejam melhor conformação sem abandonar o desempenho de corrosão de uso geral.

1. Normas e Designações

• Normas internacionais comuns:
• ASTM/ASME: 304 corresponde comumente a ASTM A240/A666, UNS S30400; 305 corresponde a ASTM A240 (onde especificado) e UNS S30500.
• EN: 304 ≈ EN 1.4301 (X5CrNi18-10); 305 ≈ EN 1.4303 (X8CrNi21-7? — nota: equivalentes diretos da EN variam conforme a química exata; consulte a norma específica).
• JIS: 304 ≈ SUS304; 305 ≈ SUS305 (se utilizado).
• GB (China): As designações GB/T refletem as químicas internacionais (consulte as últimas tabelas GB/T para correspondências exatas).
• Classificação: Tanto 304 quanto 305 são aços inoxidáveis austeníticos (família inoxidável), não aços carbono ou HSLA. Eles são não magnéticos (em condição de recozimento) e não são aços para ferramentas.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo mostra faixas composicionais típicas encontradas em especificações padrão e graus comerciais. Os limites exatos dependem da norma e da forma específica do produto; estas são faixas representativas para fins de comparação.

Notas: - A 305 é caracterizada principalmente por um maior teor de níquel em comparação com a 304. O níquel estabiliza a fase austenítica, reduz a taxa de escoamento e endurecimento por trabalho e aumenta a ductilidade. - O carbono é controlado para limitar a sensibilização e a corrosão intergranular; o máximo de carbono permitido pode diferir entre as especificações do produto e afeta a resistência à corrosão após a fabricação. - O molibdênio e outros elementos de microligação estão geralmente ausentes nessas ligas; quando presentes em níveis de traço, têm efeito negligenciável na resistência à corrosão típica.

Como a liga afeta as propriedades: - O cromo (Cr) fornece o filme de óxido passivo que confere resistência geral à corrosão. - O níquel (Ni) estabiliza a austenita e aumenta a tenacidade e ductilidade. O maior teor de Ni na 305 reduz o expoente de endurecimento por deformação e melhora a capacidade de estampagem profunda. - O carbono e o nitrogênio aumentam a resistência, mas, se excessivos, podem promover a sensibilização (precipitação de carboneto de cromo na borda do grão), o que prejudica a resistência à corrosão intergranular, a menos que mitigado por variantes de baixo carbono ou estabilização.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura (típica): Tanto a 304 quanto a 305 são totalmente austeníticas (cúbicas de face centrada) na condição recozida. Elas não sofrem transformação martensítica sob recozimento normal; no entanto, trabalho a frio severo pode induzir martensita induzida por deformação em algumas ligas austeníticas (a 304 é mais suscetível do que a 305 porque a 305 tem maior Ni e menor energia de falha de empilhamento).
• Tratamento térmico: Aços inoxidáveis austeníticos não são endurecidos por têmpera e revenimento. As rotas de processamento padrão incluem recozimento (recozimento de solução a ~1010–1120°C seguido de resfriamento rápido) para restaurar a ductilidade e dissolver carbonetos.
• Trabalho a frio: O endurecimento por trabalho aumenta a resistência, mas reduz a ductilidade. Como a 305 tem um maior teor de níquel, ela endurece mais lentamente e oferece superior conformabilidade para estampagem profunda, conformação a estiramento e conformação a rolo.
• Tratamentos termo-mecânicos: Nenhuma das ligas é tipicamente submetida a normalização ou têmpera-revenimento para resistência; ajustes nas propriedades mecânicas são alcançados por meio de trabalho a frio e ciclos de recozimento de solução.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas abaixo são típicas para formas de chapa/placa recozidas e devem ser confirmadas contra certificados de material para lotes específicos e formas de produto.

Interpretação: - Ambas as ligas oferecem alta tenacidade e boa ductilidade na condição recozida. A 305 tende a mostrar resistência ao escoamento ligeiramente inferior e alongamento melhorado — essa é a intenção do projeto para facilitar operações de conformação. - A resistência nesses aços inoxidáveis austeníticos é fortemente influenciada pelo trabalho a frio em vez do tratamento térmico; os projetistas devem especificar as propriedades mecânicas necessárias nos documentos contratuais.

5. Soldabilidade

A soldabilidade dos aços inoxidáveis austeníticos é geralmente excelente em comparação com as ligas ferríticas, mas atenção à distorção, sensibilização e propriedades pós-solda é necessária.

Índices empíricos úteis: - Equivalente de Carbono ($CE_{IIW}$) para avaliar qualitativamente a suscetibilidade a trincas a frio e efeitos de endurecimento: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Pcm (para prever a suscetibilidade a trincas a frio em soldas de aço — menos comumente aplicado a inoxidáveis, mas útil em discussões qualitativas): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretação qualitativa: - Tanto a 304 quanto a 305 soldam facilmente com metais de adição comuns (por exemplo, família 308L/309L para 304). Como a 305 tem maior teor de níquel, tende a ser ainda menos propensa a trincas de solidificação e mantém ductilidade na zona afetada pelo calor. - O controle de carbono é importante para evitar sensibilização; variantes de baixo carbono (304L) são especificadas ao soldar seções grandes sem recozimento de solução pós-solda. - O recozimento pós-solda geralmente não é necessário para a maioria dos ambientes de serviço; no entanto, as melhores práticas de alívio de tensão e limpeza se aplicam. - Para aplicações críticas, selecione ligas de enchimento para combinar propriedades de corrosão e mecânicas; consulte códigos de soldagem e fichas técnicas de metais de enchimento.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Corrosão geral: Com conteúdo de cromo semelhante, 304 e 305 têm resistência amplamente semelhante à corrosão atmosférica geral, ácidos da indústria alimentícia e muitos produtos químicos orgânicos e inorgânicos.
• Corrosão por pite/crevice: Nenhuma contém molibdênio significativo; para ambientes ricos em cloreto, a liga 316 ou ligas com maior PREN são preferíveis.
• PREN (Número Equivalente de Resistência a Pites) útil para aços inoxidáveis contendo molibdênio: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Como Mo ≈ 0 e N é baixo em ambas as 304 e 305, o PREN é baixo e o índice oferece pouca vantagem aqui — ambas não são recomendadas para serviço agressivo em cloreto sem medidas de proteção.
• Proteção de superfície para aços não inoxidáveis: Não aplicável aqui; ambos são inoxidáveis. Quando proteção adicional é necessária, passivação, eletropolimento e revestimentos podem ser aplicados.
• Sensibilização: O controle de carbono (e o uso de variantes de baixo carbono) ou recozimento de solução reduz o risco de corrosão intergranular após a soldagem.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade: A 305 foi projetada para melhorar o desempenho em estampagem profunda e conformação a estiramento. O maior teor de níquel reduz a taxa de endurecimento por trabalho, permitindo maior deformação em um único passo e menos recozimentos intermediários.
• Usinabilidade: Tanto a 304 quanto a 305 são mais difíceis de usinar do que aços carbono. A menor taxa de endurecimento por trabalho da 305 pode facilitar algumas operações de usinagem (pressões de ferramenta reduzidas e menor tendência ao endurecimento rápido), mas nenhuma compete com ligas de corte livre (por exemplo, 303). Use ferramentas afiadas, alimentações apropriadas e lubrificação.
• Dobra e estampagem: A 305 geralmente produz dobras mais suaves com menos retorno elástico e trincas em trabalhos de chapa de espessura fina.
• Acabamento de superfície e conformação: A 305 reduz o risco de rugosidade da superfície durante a conformação; para acabamentos visíveis de alta qualidade, selecione o acabamento de superfície apropriado e controle as ferramentas para evitar desgaste.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha 304 quando o desempenho de corrosão amplo, a disponibilidade e as propriedades mecânicas equilibradas forem primordiais. É o padrão da indústria para inoxidáveis de uso geral. - Escolha 305 quando a estampagem profunda, a conformação a estiramento e a superior ductilidade reduzirem etapas de fabricação ou sucata; a 305 pode reduzir o custo de processamento para componentes moldados complexos, apesar do custo de material ligeiramente mais alto.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Como a 305 geralmente contém mais níquel, ela costuma ter um preço mais alto por quilograma do que a 304, tudo o mais sendo igual. A volatilidade do mercado de níquel impulsiona as diferenças de custo relativas.
• Disponibilidade: A 304 é o aço inoxidável austenítico mais comumente estocado e está amplamente disponível em chapa, placa, tubo, tubulação, fio e barra. A 305 está disponível em formas comuns (chapa, fita, bobina), mas pode não ser estocada tão amplamente em todas as formas e espessuras de produto; os prazos de entrega podem ser mais longos para formas especiais.
• Dica de aquisição: Para peças estampadas de alto volume, especifique 305 apenas se as economias de conformação a jusante compensarem o custo de material por unidade mais alto. Para fabricados únicos ou de baixo volume, as vantagens de fornecimento da 304 geralmente dominam.

10. Resumo e Recomendação

Conclusões: - Escolha 304 se você precisar de um aço inoxidável austenítico de uso geral, amplamente disponível e econômico, com boa resistência à corrosão e propriedades convencionais de conformação/soldagem. - Escolha 305 se o processo de fabricação exigir superior conformabilidade a frio, estampagem profunda ou redução do retorno elástico e endurecimento por trabalho; a 305 pode reduzir etapas de conformação e sucata em peças estampadas de alto volume ou profundamente moldadas, apesar de um preço de material mais alto.

Orientação prática final: - Verifique os limites químicos e mecânicos exatos com os relatórios de teste do fornecedor e a norma relevante (ASTM/EN/GB/JIS) antes da seleção final. - Para componentes soldados, expostos a cloretos ou altamente carregados, avalie ligas alternativas (por exemplo, 316, ligas duplex) ou tratamentos pós-fabricação em vez de confiar em diferenças marginais entre 304 e 305.