304 vs 347 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

O Tipo 304 e o Tipo 347 são dois dos aços inoxidáveis austeníticos mais amplamente utilizados na indústria. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente ponderam as compensações entre o custo inicial do material, resistência à corrosão (especialmente após a soldagem), soldabilidade e resistência em serviço ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem equipamentos de alimentos e bebidas, linhas de processamento químico, aplicações arquitetônicas e montagens soldadas expostas a temperaturas elevadas.

A principal distinção metalúrgica é que o Tipo 347 é deliberadamente ligado a um elemento estabilizador que combina preferencialmente com o carbono, prevenindo a formação de carbonetos de cromo durante o resfriamento lento ou soldagem. Essa estabilização reduz o risco de empobrecimento de cromo intergranular e corrosão associada, que é a principal razão pela qual os projetistas comparam 304 e 347 quando a soldagem e a exposição à temperatura são preocupações.

1. Normas e Designações

Principais normas e designações internacionais comuns:

• ASTM/ASME: Tipo 304 (UNS S30400), Tipo 347 (UNS S34700). Especificação de produto comum: ASTM A240 (placa, chapa).
• EN: 1.4301 (304), 1.4550 / 1.4552 frequentemente referenciados para graus estabilizados (variantes 347).
• JIS: SUS304 corresponde a 304; SUS347 corresponde a 347.
• GB (China): 0Cr18Ni9 (aprox. 304), 0Cr18Ni10Nb (aprox. 347).

Classificação: ambos são aços inoxidáveis (austeníticos). Eles não são aços carbono, aços de liga, aços para ferramentas ou aços HSLA.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir mostra as faixas de composição típicas (wt%) para graus comerciais recozidos. As faixas refletem especificações ASTM/EN comuns e práticas comerciais; os limites exatos dependem da especificação e da forma do produto.

Elemento	304 (faixa típica, wt%)	347 (faixa típica, wt%)
C	≤ 0.08	≤ 0.08
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 0.75	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	18–20	17–19
Ni	8–10.5	9–13
Mo	~0	~0
V	— traço	— traço
Nb (nióbio)	— negligível	~0.10–1.0
Ti (titânio)	— negligível	às vezes presente em pequenas quantidades em variantes especiais
B	— traço	— traço
N	≤ ~0.10	≤ ~0.10

Como a liga afeta o comportamento: - O cromo (Cr) fornece o caráter inoxidável ao formar um filme de óxido passivo. - O níquel (Ni) estabiliza a estrutura austenítica e melhora a tenacidade e a conformabilidade. - O carbono (C) aumenta a resistência, mas pode se combinar com Cr para formar carbonetos de cromo nas fronteiras dos grãos quando resfriado lentamente, causando empobrecimento local de Cr. - O nióbio (Nb) no 347 liga o carbono como carbonetos de nióbio (NbC ou (Nb,Ti)C), prevenindo a precipitação de carbonetos de cromo—esta é a principal estratégia de estabilização no 347. - O molibdênio baixo ou ausente significa que ambos os graus são menos resistentes à corrosão localizada por pites de cloreto do que os austeníticos contendo Mo.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura: - Ambos os graus são totalmente austeníticos (cúbicos de face centrada) na condição recozida. A matriz é dúctil com alta tenacidade em temperaturas ambiente e subambientais. - No 304, o resfriamento lento através da faixa de sensibilização (aproximadamente 450–850 °C) pode permitir a formação de carbonetos ricos em cromo (Cr23C6) nas fronteiras dos grãos, produzindo zonas empobrecidas em cromo suscetíveis à corrosão intergranular. - No 347, o nióbio forma partículas estáveis de carboneto ou carbonitrido de nióbio que consomem preferencialmente carbono e previnem a formação significativa de Cr23C6 nas fronteiras dos grãos. Isso preserva a continuidade do cromo e mitiga o ataque intergranular após a soldagem ou resfriamento lento.

Resposta ao tratamento térmico: - Os aços inoxidáveis austeníticos não são endurecidos por têmpera e revenido da maneira que os aços ferríticos ou martensíticos são. O recozimento de solução (tipicamente em torno de 1.000–1.100 °C seguido de resfriamento rápido) dissolve precipitados e restaura a resistência à corrosão. - Para 304: recozimento de solução se o material foi exposto a temperaturas de sensibilização para re-dissolver carbonetos de Cr e então resfriar rapidamente para evitar re-precipitação. - Para 347: a estabilização reduz a necessidade de recozimento de solução para prevenir sensibilização após soldagem ou resfriamento lento, embora o recozimento de solução ainda seja usado para limpar precipitados induzidos pela fabricação ou para requisitos de propriedades específicas. - O trabalho a frio aumenta a densidade de discordâncias e pode produzir endurecimento significativo; em algumas circunstâncias, a martensita induzida por deformação pode se formar em 304 durante deformação a frio intensa, aumentando a resistência, mas diminuindo a ductilidade. Graus estabilizados podem mostrar um comportamento de endurecimento por trabalho ligeiramente diferente, mas permanecem austeníticos.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas típicas recozidas variam com a forma do produto (chapa, placa, barra) e o fabricante. A tabela fornece faixas representativas para condições recozidas comumente fornecidas; os usuários devem especificar os testes de propriedades mecânicas exigidos para a aquisição.

Propriedade (recozido, típico)	304	347
Resistência à Tração (UTS)	~480–700 MPa	~480–700 MPa
Resistência ao Escoamento (0.2% offset)	~205–310 MPa	~205–310 MPa
Alongamento (em 50 mm)	~40–60%	~40–60%
Tenacidade ao Impacto (Charpy)	Excelente, mantém tenacidade em baixa T	Excelente, mantém tenacidade em baixa T
Dureza (Brinell/Rockwell B)	Moderada (macio no estado recozido)	Semelhante ao 304

Interpretação: - Na condição recozida, ambos os graus têm propriedades mecânicas muito semelhantes porque a matriz base é aço inoxidável austenítico. Diferenças em resistência ou tenacidade geralmente são pequenas e impulsionadas por trabalho a frio, histórico de fabricação ou níveis específicos de liga (por exemplo, Ni ligeiramente mais alto em algumas variantes 347). - O endurecimento por trabalho pode aumentar a resistência de forma acentuada durante operações de conformação; a seleção deve considerar cronogramas de conformação e tratamento pós-conformação.

5. Soldabilidade

A soldabilidade dos aços inoxidáveis austeníticos é geralmente excelente em comparação com aços de alto carbono; no entanto, a suscetibilidade à sensibilização pós-soldagem difere.

Índices de soldabilidade frequentemente usados: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (um equivalente de carbono mais sensível à soldagem para aços com muitos elementos de liga): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Tanto 304 quanto 347 têm baixos teores de carbono e níquel moderado, proporcionando boa soldabilidade geral com a maioria dos processos comuns (GTAW/TIG, GMAW/MIG, SMAW). - O 304 pode ser vulnerável à corrosão intergranular se a soldagem produzir resfriamento lento através da faixa de sensibilização; o recozimento de solução pós-soldagem ou variantes de baixo carbono (304L) são remédios comuns. - O elemento estabilizador do 347 reduz o risco efetivo de sensibilização após a soldagem porque o carbono está preferencialmente ligado em precipitados contendo Nb em vez de carbonetos de cromo. Assim, em aplicações que exigem soldagem intensa, exposição prolongada à faixa de sensibilização ou onde o tratamento térmico pós-soldagem é impraticável, o 347 é frequentemente preferido. - Cuidado com a seleção de eletrodos: para manter o desempenho contra corrosão, metais de enchimento correspondentes ou de baixo carbono são recomendados para ambos os graus quando a resistência à corrosão é um requisito primário.

6. Corrosão e Proteção da Superfície

• Como aços inoxidáveis, ambos dependem de um filme passivo de óxido rico em cromo para resistência à corrosão. Nenhum contém molibdênio significativo, portanto, a resistência a pites localizados em ambientes de cloreto é limitada em comparação com graus contendo Mo (por exemplo, 316).
• PREN (Número Equivalente de Resistência a Pites) é tipicamente usado para avaliar a resistência a pites de cloreto: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Como Mo ≈ 0 para ambos os graus e N é baixo, os valores de PREN para 304 e 347 são semelhantes e modestos, significando que ambos devem ser usados com cautela em ambientes agressivos de cloreto.

Corrosão intergranular: - 304: Suscetível a ataque intergranular se sensibilizado por resfriamento lento ou soldagem; estratégias de mitigação incluem o uso de 304L (baixo carbono), recozimento de solução ou passivação pós-soldagem. - 347: A estabilização pelo nióbio previne a precipitação significativa de carbonetos de cromo, portanto, o risco de corrosão intergranular após soldagem ou resfriamento lento é muito reduzido.

A proteção da superfície para aços não inoxidáveis não se aplica aqui; no entanto, superfícies inoxidáveis podem ser passivadas (tratamentos químicos) para melhorar a uniformidade do filme de óxido e minimizar a iniciação da corrosão.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade: Ambos os graus são altamente conformáveis na condição recozida e são usados para estampagem profunda, dobra e formas complexas. O 304 é amplamente utilizado para conformação; o 347 se conforma de maneira semelhante, embora um teor de liga ligeiramente mais alto possa afetar marginalmente a conformabilidade.
• Endurecimento por trabalho: Aços inoxidáveis austeníticos endurecem rapidamente; ferramentas e sequências de conformação devem levar em conta o retorno elástico e o aumento das forças.
• Maquinabilidade: Ambos os graus são mais difíceis de usinar do que aços carbono. A maquinabilidade típica é da ordem de 40–60% de aços de corte livre; o 304 pode ser ligeiramente menos usinável devido ao endurecimento por trabalho. O uso de ferramentas rígidas, insertos de carboneto, baixas velocidades de corte e geometria de ângulo positivo é recomendado.
• Acabamento: Ambos aceitam bons acabamentos de superfície e podem ser polidos para alta estética. O eletropolimento e a passivação melhoram a resistência à corrosão e a aparência.
• Sequências de soldagem e conformação devem ser planejadas para minimizar ciclos térmicos repetidos que poderiam causar sensibilização (uma preocupação para 304, mas mitigada em 347).

8. Aplicações Típicas

Tipo 304 – Usos Típicos	Tipo 347 – Usos Típicos
Equipamentos de processamento de alimentos, utensílios de cozinha, pias, acabamentos arquitetônicos	Componentes de aeronaves e de exaustão, partes de fornos, montagens soldadas de alta temperatura
Equipamentos químicos e farmacêuticos não expostos a altas condições de cloreto	Equipamentos de processo químico onde ocorrem soldagem e resfriamento lento; trocadores de calor sob temperaturas cíclicas
Fachadas decorativas e arquitetônicas	Tubos de caldeira, tubos de superaquecedor e aplicações que requerem estabilização contra sensibilização
Fixadores, parafusos e fabricação geral	Coletor de escapamento automotivo e outros componentes soldados a altas temperaturas

Racional de seleção: - Escolha 304 para resistência à corrosão de uso geral, menor custo e ampla disponibilidade onde a corrosão por pites de cloreto e a sensibilização pós-soldagem não são preocupações primárias ou onde variantes de baixo carbono (304L) ou recozimento de solução pós-soldagem podem ser usadas. - Escolha 347 quando componentes soldados experimentarem resfriamento lento, temperaturas de serviço elevadas ou quando a corrosão intergranular associada à sensibilização deve ser evitada sem tratamento térmico pós-soldagem.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: 347 é tipicamente mais caro que 304 devido à adição de nióbio e frequentemente maior teor de níquel. Os preços variam com a oferta de níquel e nióbio no mercado, forma do produto e processamento.
• Disponibilidade: 304 é um dos aços inoxidáveis mais amplamente disponíveis em muitas formas de produto (chapa, placa, tubo, barra, fio). 347 está comumente disponível, mas menos onipresente que 304; os prazos de entrega podem ser ligeiramente mais longos para algumas formas de produto ou produtos de tolerância apertada.
• Para aquisição: especifique o grau exigido, forma do produto, acabamento da superfície e quaisquer requisitos de tratamento térmico ou testes (por exemplo, PMI, testes de corrosão) para evitar atrasos na aquisição.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Critério	304	347
Soldabilidade (geral)	Excelente; suscetível à sensibilização, a menos que tratado com baixo-C ou pós-soldagem	Excelente; resistência melhorada à sensibilização devido à estabilização
Resistência–Tenacidade (recozido)	Boa, propriedades austeníticas típicas	Semelhante ao 304 na condição recozida
Resistência à corrosão intergranular induzida por soldagem	Moderada sem mitigação	Superior para componentes soldados/resfriados lentamente
Custo	Mais baixo (mais econômico)	Mais alto (devido ao estabilizador e às vezes maior Ni)
Disponibilidade	Muito alta	Alta, mas menos onipresente que 304

Conclusões — orientação prática: - Escolha 304 se: - Você precisa de um inoxidável austenítico versátil e econômico para resistência à corrosão geral, processamento de alimentos, componentes arquitetônicos ou aplicações onde a soldagem é limitada ou onde opções de 304L/recozimento de solução são aceitáveis. - A corrosão localizada por pites de cloreto não é severa e o tratamento térmico pós-soldagem é viável quando necessário.

• Escolha 347 se:
• O componente será soldado intensamente, verá resfriamento lento através de temperaturas de sensibilização ou operará em temperaturas elevadas onde a precipitação de carbonetos é uma preocupação.
• Você requer boa resistência à corrosão intergranular em estruturas soldadas sem a necessidade de recozimento de solução pós-soldagem.

Nota final: ambos os materiais são escolhas robustas de engenharia. Para aplicações críticas, especifique padrões de material exatos, solicite certificados de fábrica do fabricante mostrando a composição e os resultados dos testes mecânicos, e considere testes laboratoriais (por exemplo, testes de corrosão, ensaios de solda) em condições representativas antes da seleção final.