304 vs 316L – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
O tipo 304 e o 316L são os dois aços inoxidáveis austeníticos mais comumente especificados na indústria. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação pesam rotineiramente a resistência à corrosão, características de fabricação, soldabilidade, desempenho mecânico e custo do ciclo de vida ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem equipamentos de serviço de alimentação e acabamentos arquitetônicos (onde custo e aparência importam) versus ambientes marinhos ou de processamento químico (onde a resistência ao cloreto/corrosão por picotamento e o desempenho de corrosão a longo prazo são fundamentais).
Em um nível alto, a principal distinção prática é a estratégia de liga: o 316L contém molibdênio e um equilíbrio ligeiramente diferente de níquel/cromo e menos carbono do que o 304, o que melhora materialmente a resistência à corrosão induzida por cloretos, aumentando o custo do material. Devido a essas diferenças, o 304 e o 316L são comparados sempre que os projetistas equilibram resistência à corrosão, comportamento de fabricação/soldagem, requisitos mecânicos e orçamento.
1. Normas e Designações
Normas internacionais comuns e identificadores típicos para cada grau:
- ASTM/ASME
- 304: ASTM A240 (chapas), A276 (barras), UNS S30400
- 316L: ASTM A240 (chapas), A276 (barras), UNS S31603
- EN (Europa)
- 304: EN 1.4301
- 316L: EN 1.4404
- JIS (Japão)
- 304: SUS304
- 316L: SUS316L
- GB (China)
- 304: 06Cr19Ni10 (ou equivalente)
- 316L: 0Cr17Ni12Mo2 (ou equivalente)
Classificação: tanto o 304 quanto o 316L são aços inoxidáveis (família austenítica). Eles não são aços carbono, aços para ferramentas, aços de liga ou HSLA.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir apresenta intervalos de composição típicos (peso %) comumente encontrados em especificações ASTM/EN ou fichas de dados da indústria. Os valores são intervalos e dependem da norma/formato de produto específico.
| Elemento | 304 (intervalo típico, wt%) | 316L (intervalo típico, wt%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.03 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 2.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 17.5–19.5 (≈18%) | 16.0–18.0 (≈16–17%) |
| Ni | 8.0–10.5 (≈8–10%) | 10.0–14.0 (≈10–12%) |
| Mo | — (traço) | 2.0–3.0 |
| V | traço | traço |
| Nb (Cb) | — | traço (não típico para 316L) |
| Ti | — | traço (não típico para 316L) |
| B | traço | traço |
| N | ≤ 0.10 (se especificado) | ≤ 0.10 (se especificado) |
Como a liga afeta as propriedades: - O cromo (Cr) fornece o filme de óxido passivo que define o comportamento inoxidável; ambos os graus têm Cr suficiente para resistência geral à corrosão. - O níquel (Ni) estabiliza a fase austenítica e melhora a tenacidade e a conformabilidade. - O molibdênio (Mo) no 316L melhora significativamente a resistência ao picotamento e à corrosão por fendas em ambientes contendo cloretos. - A redução do carbono (C) no 316L (a designação "L") diminui a sensibilização durante a soldagem e reduz a suscetibilidade à corrosão intergranular. - Elementos menores e nitrogênio podem ser usados em algumas especificações para ajustar a resistência e a resistência à corrosão localizada.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura: - Tanto o 304 quanto o 316L são totalmente austeníticos (cúbicos de face centrada) na condição recozida à temperatura ambiente. Geralmente, eles não se transformam em ferrita ou martensita durante ciclos térmicos normais, exceto quando trabalhados a frio de forma intensa (o que pode induzir martensita de deformação localmente no 304).
Resposta ao tratamento térmico/processamento: - Aços inoxidáveis austeníticos não são endurecidos por tratamentos térmicos convencionais de têmpera e revenimento. O recozimento (recozimento em solução a ~1000–1150 °C dependendo da especificação) seguido de resfriamento rápido restaura a microestrutura austenítica tratada em solução e dissolve os carbonetos. - A sensibilização (precipitação de carboneto de cromo nas fronteiras dos grãos) ocorre se seções forem mantidas aproximadamente entre 425–850 °C durante a soldagem ou tratamento térmico. O menor teor de carbono (316L) reduz o risco. - O processamento termo-mecânico (trabalho a frio + recozimento em solução) controla a estrutura do grão e as propriedades mecânicas; o trabalho a frio aumenta a resistência através do endurecimento por deformação, mas também aumenta as tensões residuais e pode aumentar a suscetibilidade à corrosão localizada se o filme passivo da superfície for interrompido. - A normalização não é aplicável para o fortalecimento de graus austeníticos; o recozimento em solução é o padrão para remover o endurecimento por deformação e restaurar a resistência à corrosão.
4. Propriedades Mecânicas
A tabela abaixo lista valores mecânicos típicos para formas de produto recozidas (chapas/placas/barras). Os intervalos de propriedades dependem da forma do produto (laminada a frio vs laminada a quente vs forjada) e da espessura.
| Propriedade (recozida, típica) | 304 | 316L |
|---|---|---|
| Resistência à Tração (MPa) | ~515–720 | ~485–690 |
| Resistência ao Escoamento, 0.2% (MPa) | ~205–310 | ~170–300 |
| Alongamento (A %, típico) | ~40–60% | ~40–60% |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy V, temperatura ambiente) | Boa; geralmente alta | Comparável ou ligeiramente melhor em temperaturas baixas |
| Dureza (HB/HRB, recozida típica) | ~100–200 HB | ~95–190 HB |
Interpretação: - Ambos os graus são dúcteis e tenazes na condição recozida. O 304 geralmente apresenta resistência à tração/escoamento nominal ligeiramente mais alta em certas formas de produto, mas as diferenças são pequenas e dependem da forma do produto. - O menor teor de carbono do 316L reduz o risco de fragilização devido à precipitação de carbonetos e melhora o desempenho após a soldagem. - Para aplicações que exigem alta resistência, o trabalho a frio ou ligas alternativas são escolhidos; esses austeníticos são selecionados principalmente por resistência à corrosão e conformabilidade, em vez de alta resistência.
5. Soldabilidade
Aços inoxidáveis austeníticos estão geralmente entre as ligas mais soldáveis. Considerações-chave sobre soldabilidade: - O teor de carbono afeta a sensibilização; o menor carbono do 316L reduz a precipitação de carbonetos durante os ciclos térmicos de soldagem, melhorando a resistência à corrosão intergranular sem recozimento pós-soldagem. - Aços inoxidáveis austeníticos têm baixa endurecibilidade e não são propensos a trincas a frio induzidas por hidrogênio, como visto em aços carbono. No entanto, eles são suscetíveis a distorções devido à baixa condutividade térmica e alto coeficiente de expansão térmica.
Índices de soldabilidade úteis (uso qualitativo apenas): - O equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - A fórmula Pcm mais abrangente: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação: - Tanto o 304 quanto o 316L produzem baixos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ em relação a aços de alta resistência e alto carbono, indicando boa soldabilidade. O menor C do 316L reduz ainda mais $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, tornando-o preferível para soldagens de seções pesadas ou quando o projetista deseja evitar tratamento térmico pós-soldagem. - Escolhas comuns de preenchimento: use preenchimento correspondente (por exemplo, 308L para 304, 316L/316 para 316L) para preservar a resistência à corrosão no metal de solda. Para uniões dissimilares, selecione o preenchimento para evitar pontos fracos galvânicos ou de corrosão.
6. Corrosão e Proteção da Superfície
- Comportamento inoxidável: Ambos dependem de um filme passivo de óxido de cromo para resistência geral à corrosão. Para ambientes de imersão ou agressivos contendo cloretos, o molibdênio é decisivo.
- O Número Equivalente de Resistência ao Picotamento (PREN) é um indicador comum de resistência à corrosão localizada (picotamento): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Implicações típicas do PREN:
- 304: carece de Mo, PREN impulsionado principalmente por Cr e qualquer N; menor PREN significa maior suscetibilidade ao picotamento em ambientes com cloretos.
- 316L: Mo aumenta o PREN, melhorando a resistência ao picotamento e à corrosão por fendas em meios contendo cloretos (água do mar, salmouras, alguns fluxos de processos químicos).
- Aços não inoxidáveis: para contexto, aços carbono/ligados requerem proteção de superfície como galvanização, revestimentos ou tintas; o PREN não é aplicável a eles.
Aplicabilidade: - Use 304 para atmosferas, exposição química leve, contato com alimentos e ambientes internos. - Use 316L onde se espera exposição a cloretos, atmosferas marinhas ou produtos químicos halogenados, ou onde componentes soldados permanecerão em condições de serviço que poderiam promover sensibilização.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Maquinabilidade: A austenítica endurece ao trabalhar; o 316L geralmente é mais difícil de usinar do que o 304 porque o Mo reduz a condutividade térmica e aumenta o desgaste da ferramenta em algumas operações. Use ferramentas afiadas, alimentação lenta com resfriamento pesado e ferramentas de carboneto para ambos.
- Conformabilidade: Ambos os graus são altamente conformáveis; o 304 é frequentemente preferido para estampagem profunda e trabalho decorativo devido à resistência ligeiramente mais alta e boa ductilidade. O 316L se sai bem na conformação e é favorecido quando a soldagem subsequente ou a resistência à corrosão são priorizadas.
- Acabamento de superfície: Ambos polidos para um bom acabamento estético; o 316L pode exigir limpeza pós-soldagem mais cuidadosa para restaurar o filme passivo em serviço corrosivo.
- Considere o retorno elástico: A austenítica tem um módulo elástico relativamente alto e exibe retorno elástico ao dobrar; o design da ferramenta deve levar isso em conta.
8. Aplicações Típicas
| 304 – Usos Típicos | 316L – Usos Típicos |
|---|---|
| Equipamentos de cozinha, pias, eletrodomésticos, equipamentos de processamento de alimentos (não clorados) | Hardware marinho, acessórios para barcos, bombas de água do mar, trocadores de calor |
| Acabamentos arquitetônicos e corrimãos | Tubulações de processos químicos, tanques e acessórios expostos a cloretos |
| Fixadores e hardware para uso interno | Equipamentos farmacêuticos e médicos (316L ou 316LVM para implantes) |
| Equipamentos para bebidas e laticínios (onde a exposição ao cloreto é limitada) | Construção offshore e costeira, manuseio de salmouras |
Racional de seleção: - Escolha 304 quando estética, resistência moderada à corrosão e eficiência de custo forem os principais fatores e a exposição a cloretos for limitada. - Escolha 316L quando o serviço envolver cloretos, resistência maior ao picotamento/corrosão por fendas for necessária, ou quando montagens soldadas devem resistir a ataques intergranulares sem recozimento pós-soldagem.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: 316L é mais caro que 304 devido ao Mo adicionado e frequentemente maior Ni. O prêmio de preço varia com os preços de metais no mercado (flutuações de níquel e molibdênio) e formato.
- Disponibilidade: Ambos os graus são amplamente estocados em todo o mundo em chapa, placa, tubo, barra e tubo. O 304 é geralmente a opção inoxidável mais prontamente disponível e de menor custo; o 316L está comumente disponível, mas às vezes menos estocado em tamanhos ou acabamentos especiais.
- Nota de aquisição: Ao especificar 316L, confirme os prazos de entrega e o estoque na forma de produto necessária (por exemplo, tubo sem costura, tubo soldado, espessura de chapa).
10. Resumo e Recomendação
| Critério | 304 | 316L |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Excelente (use preenchimentos de baixo carbono para montagens soldadas) | Excelente — superior para soldagens pesadas e menor risco de sensibilização |
| Resistência–Tenacidade | Boa; resistência nominal ligeiramente mais alta em algumas formas | Tenacidade comparável; ligeiramente menor escoamento em algumas formas, mas excelente tenacidade em temperaturas baixas |
| Custo | Menor (mais econômico) | Maior (prêmio de preço por Mo/Ni) |
Recomendação: - Escolha 304 se custo e resistência geral à corrosão forem as principais necessidades, para trabalho arquitetônico interno, equipamentos de serviço de alimentação (não clorados) e fabricação geral onde a estampagem profunda ou o acabamento de superfície são fundamentais. - Escolha 316L se a corrosão por picotamento/corrosão por fendas induzida por cloretos for uma preocupação, se montagens soldadas devem evitar corrosão intergranular sem tratamento térmico pós-soldagem, ou quando o serviço for marinho, processamento químico ou de outra forma agressivo. Use 316L quando o custo do ciclo de vida e a confiabilidade em ambientes hostis superarem o maior custo do material.
Dica prática final: consulte normas de materiais e fichas de dados de produtos para a composição exata e propriedades mecânicas da forma de material do fornecedor, e avalie testes de corrosão (por exemplo, testes de resistência ao picotamento ou polarização cíclica) para aplicações críticas expostas a cloretos.