304 vs 316Ti – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Os aços inoxidáveis austeníticos 304 e 316Ti são duas das ligas mais frequentemente especificadas em equipamentos de processo, tubulações, arquitetura e componentes fabricados. Engenheiros e profissionais de compras comumente ponderam as compensações entre resistência à corrosão, comportamento de fabricação, custo do material e desempenho a longo prazo ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de um grau para ambientes levemente corrosivos onde custo e conformabilidade são importantes (favorecendo o 304), em comparação com serviços corrosivos ou de alta temperatura onde a sensibilização ou resistência à corrosão por picotamento são críticas (favorecendo variantes estabilizadas do 316).

A principal distinção metalúrgica é que o 316Ti é uma versão estabilizada por titânio da família 316: o titânio é adicionado deliberadamente para se ligar ao carbono como titanetos (TiC/TiN) e inibir a precipitação de carbonetos de cromo (sensibilização) nas fronteiras de grão. Essa estabilização melhora a resistência à corrosão intergranular após a exposição a ciclos térmicos sensibilizantes e pode melhorar a estabilidade em altas temperaturas, mantendo as propriedades gerais do aço inoxidável 316.

1. Normas e Designações

• Normas comuns:
• ASTM / ASME: Tipo 304 (UNS S30400), Tipo 316Ti (UNS S31635)
• EN: 304 (1.4301), 316Ti (1.4571)
• JIS: SUS304, SUS316Ti
• GB (China): 0Cr18Ni9 (304), 0Cr17Ni12Mo2Ti (316Ti)
• Classe de material: Ambos são aços inoxidáveis austeníticos (inox, não magnéticos na condição recozida). Eles não são aços carbono nem HSLA; pertencem à família de ligas inoxidáveis destinadas à resistência à corrosão e conformabilidade, em vez de endurecimento total por têmpera.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - As faixas acima refletem especificações industriais comuns (EN/ASTM/JIS) e práticas comerciais típicas. As faixas exatas permitidas dependem da norma e da forma do produto. - O 316Ti difere do 316 padrão principalmente pela adição deliberada de titânio em uma quantidade tipicamente relacionada ao teor de carbono (suficiente Ti para se combinar com carbono livre).

Como a liga afeta as propriedades: - O cromo (Cr) fornece o filme de óxido passivo para resistência à corrosão. Um maior teor de Cr melhora a resistência geral à corrosão e à formação de incrustações em altas temperaturas. - O níquel (Ni) estabiliza a fase austenítica, melhora a tenacidade e a ductilidade, e reduz a resposta magnética. - O molibdênio (Mo) no 316Ti melhora a resistência ao picotamento e à corrosão em fendas em ambientes contendo cloreto. - O titânio (Ti) no 316Ti liga-se ao carbono para formar carbonetos/nitratos de titânio, prevenindo a formação de carbonetos de cromo nas fronteiras de grão e, assim, reduzindo a sensibilização e a corrosão intergranular após a exposição térmica. - O carbono (C) aumenta a resistência (quando não estabilizado), mas agrava a sensibilização na faixa de 450–850°C, a menos que estabilizado ou mantido baixo (como no 316L).

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Tanto o 304 quanto o 316Ti são totalmente austeníticos na condição recozida. Considerações microestruturais:

• 304: a microestrutura recozida é austenita com química de fronteira de grão uniformemente distribuída. Quando exposta a temperaturas sensibilizantes (~450–850°C) ou resfriamento lento, carbonetos de cromo (Cr23C6) podem precipitar nas fronteiras de grão se o carbono estiver disponível, causando depleção local de cromo e tornando o aço suscetível à corrosão intergranular. O trabalho a frio pode introduzir martensita induzida por deformação no 304, afetando a resposta magnética e a dureza local.

• 316Ti: também austenítico, mas o titânio liga-se ao carbono como precipitados de TiC/TiN ou Ti(C,N), que são mais estáveis e se formam a temperaturas mais altas do que os carbonetos de cromo. Isso ajuda a prevenir a depleção de cromo durante excursões térmicas e ciclos de soldagem. No entanto, se o Ti não estiver devidamente equilibrado com o C (Ti insuficiente), os carbonetos ainda podem se formar. A exposição excessiva a temperaturas muito altas pode criar outros precipitados (fase sigma) que podem fragilizar a liga se mantidos na faixa de 600–900°C por longos períodos; a estabilização térmica sozinha não elimina todos os mecanismos de fragilidade em altas temperaturas.

Resposta ao tratamento térmico: - O recozimento de solução (prática padrão) restaura a ductilidade e dissolve precipitados indesejados: as temperaturas típicas de recozimento de solução para aços inoxidáveis austeníticos geralmente caem na faixa de $1010–1150^\circ\text{C}$ (consulte a norma aplicável). O resfriamento rápido (água ou ar) é usado para preservar o estado solubilizado. - Nem o 304 nem o 316Ti respondem ao tratamento de têmpera para endurecimento como os aços ferríticos ou martensíticos. O trabalho a frio aumenta a resistência (endurecimento por trabalho), mas reduz a ductilidade. - O processamento termo-mecânico (laminação a frio, ciclos de recozimento) controla o tamanho do grão e as propriedades mecânicas para produtos de chapa e fita.

4. Propriedades Mecânicas

*Os valores variam com a forma do produto (chapa, placa, barra, trabalhado a frio) e o tratamento exato. Consulte a norma específica ou certificados de teste de usina para valores mecânicos garantidos.

Interpretação: - No estado recozido, ambas as ligas têm resistência e tenacidade comparáveis. O trabalho a frio aumenta a resistência para ambas; o 316Ti pode mostrar resistência marginalmente maior em algumas condições devido à sua liga, mas as diferenças são modestas. A tenacidade é geralmente excelente para ambas devido à microestrutura austenítica.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade: - Tanto o 304 quanto o 316Ti são facilmente soldáveis por métodos comuns de fusão e resistência. O teor relativamente baixo de carbono limita o endurecimento durante a soldagem, mas a sensibilização pode ocorrer no 304 e no 316 não estabilizado se os ciclos térmicos da solda produzirem precipitação de carbonetos. - A estabilização por titânio do 316Ti torna-o mais tolerante a entradas de calor de solda e resfriamento pós-solda que, de outra forma, sensibilizariam ligas não estabilizadas; frequentemente é especificado para componentes soldados destinados a serviços de alta temperatura ou onde o alívio de tensão pós-solda é impraticável.

Índices de soldabilidade úteis (uso qualitativo apenas): - Equivalente de Carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (susceptibilidade a fluência ou 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: Ambos os índices aumentam com elementos de liga que promovem a endurecibilidade ou segregação. O 316Ti mostrará um Pcm ligeiramente diferente devido ao Ti e Mo; no entanto, para composições típicas de aços inoxidáveis austeníticos, o CE e o Pcm permanecem baixos em comparação com aços de alto carbono e não são limitantes para a soldabilidade em aplicações comuns. Práticas de pré e pós-solda (limpeza, controle de entrada de calor, seleção de material de adição) são importantes para evitar corrosão localizada e para igualar as propriedades mecânicas.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Comportamento inoxidável: ambos dependem de filmes passivos de óxido de cromo. O 316Ti oferece resistência melhorada ao picotamento por cloreto e à corrosão em fendas em relação ao 304 devido ao teor de Mo.

• O uso do PREN (Número Equivalente de Resistência ao Picotamento) ajuda a comparar a suscetibilidade ao ataque localizado: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Interpretação: Um PREN mais alto indica melhor resistência ao picotamento. O 316Ti, tendo Mo, terá um PREN mais alto que o 304; o teor de nitrogênio também contribui quando presente.

• Sensibilização: o 304 pode ser suscetível à corrosão intergranular após exposição a temperaturas sensibilizantes. O 316Ti resiste à sensibilização porque o Ti forma preferencialmente carbonetos e nitratos estáveis, preservando o cromo em solução sólida nas fronteiras de grão.

• Alternativas não inoxidáveis: não aplicável aqui; métodos de proteção como galvanização ou pintura são usados para aços carbono, não para graus inoxidáveis.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformação e estampagem profunda: o 304 é frequentemente preferido pela facilidade de conformação e estampagem profunda devido à taxa de endurecimento por trabalho ligeiramente mais baixa e boa ductilidade.
• Maquinabilidade: Aços inoxidáveis austeníticos são mais difíceis de usinar do que aços carbono. O 316Ti (como o 316) geralmente tem uma usinagem mais difícil do que o 304 devido ao maior teor de liga (Mo, Ni) e à tendência de endurecimento por trabalho; ferramentas, velocidade e avanço devem ser ajustados.
• Acabamento de superfície: ambos polidos e passivados bem; jateamento de areia e eletropolimento são comuns. Para montagens soldadas, o 316Ti reduz a necessidade de recozimento de solução pós-solda para mitigar a sensibilização em comparação com o 316 ou 304 não estabilizados, embora a limpeza local e a passivação ainda sejam necessárias para um desempenho ideal contra corrosão.

8. Aplicações Típicas

Justificativa da seleção: - Escolha o 304 para aplicações gerais onde custo, conformabilidade e resistência à corrosão aceitável em ambientes não clorados são os principais fatores. - Escolha o 316Ti quando o serviço envolver exposição a cloretos, altas temperaturas ou ciclos de soldagem/térmicos que possam sensibilizar ligas não estabilizadas; o custo adicional é justificado pela resistência melhorada à corrosão localizada e estabilidade térmica.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: o 316Ti é geralmente mais caro que o 304 devido ao maior teor de níquel, molibdênio e à adição de titânio. Os preços variam com os mercados de metais básicos (Ni, Mo) e forma (barra, placa, tubo).
• Disponibilidade: o 304 é amplamente estocado em muitas formas de produto e é frequentemente o inoxidável mais disponível. O 316Ti está comumente disponível, mas é menos ubíquo do que o 316/304 padrão; os prazos de entrega para produtos 316Ti certificados pela usina podem ser mais longos para certas formas (por exemplo, grandes peças forjadas ou fixadores especiais).

10. Resumo e Recomendação

Escolha o 304 se: - Sua aplicação for de uso geral sem exposição significativa a cloretos ou ciclos térmicos prolongados que induzam sensibilização. - Conformabilidade, disponibilidade e menor custo do material forem preocupações primárias. - Um grau austenítico não estabilizado for aceitável e procedimentos padrão de soldagem/pós-solda puderem ser usados.

Escolha o 316Ti se: - O serviço incluir ambientes com cloretos, meios agressivos ou altas temperaturas onde a corrosão localizada ou sensibilização sejam uma preocupação. - O componente passar por soldagem ou ciclagem térmica e você quiser resistência melhorada ao ataque intergranular sem tratamento térmico pós-solda extensivo. - A longevidade e o desempenho contra corrosão justificarem o maior custo do material e a usinagem ligeiramente mais desafiadora.

Nota final: o desempenho exato e a adequação dependem das condições de serviço específicas, geometria do componente, forma do produto e códigos da indústria aplicáveis. Sempre verifique a composição e as garantias mecânicas com o certificado de teste da usina e consulte especialistas em corrosão para ambientes agressivos ou atípicos.