316Ti vs 904L – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente ponderam as escolhas de aço inoxidável em relação a uma série de prioridades concorrentes: resistência à corrosão em meios agressivos, soldabilidade e custo de fabricação, desempenho mecânico em temperatura de serviço e disponibilidade na cadeia de suprimentos. Dois aços inoxidáveis austeníticos que comumente surgem nessas compensações são 316Ti (uma variante estabilizada por titânio do 316) e 904L (uma liga austenítica de alto teor de liga e baixo carbono com elevado níquel, molibdênio e cobre).

A principal distinção metalúrgica entre essas ligas é sua estratégia de liga: uma usa titânio para estabilizar o carbono e evitar a precipitação de carbonetos intergranulares, enquanto a outra se baseia em maior teor de níquel e molibdênio (e cobre adicionado) para alcançar uma resistência à corrosão geral e localizada aprimorada. Por causa disso, 316Ti e 904L ocupam espaços de aplicação sobrepostos, mas distintos, onde o regime de corrosão, a estabilidade da temperatura, a soldabilidade e o custo direcionam a seleção.

1. Normas e Designações

• 316Ti
• Designações comuns: UNS S31635, EN 1.4571, ASTM A240 (como parte da família 316 com estabilização por Ti em algumas especificações).
• Classificação: Aço inoxidável austenítico / liga inoxidável.
• 904L
• Designações comuns: UNS N08904, EN 1.4539.
• Classificação: Aço inoxidável austenítico de alta liga (frequentemente usado para ambientes altamente corrosivos).

Outras normas regionais (JIS, GB) podem se referir a química equivalente ou similar sob diferentes identificadores; especifique a norma exata e o certificado de material necessário ao fazer o pedido.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir lista os elementos comumente especificados para essas ligas. Os valores mostrados são intervalos de composição típicos usados em especificações da indústria; os valores reais devem ser confirmados por meio da certificação de material dos fornecedores.

Elemento	316Ti (intervalo típico, % em peso)	904L (intervalo típico, % em peso)
C	≤ 0.08 (estabilizado por Ti)	≤ 0.02 (baixo C)
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	~16–18	~19–23
Ni	~10–14	~23–28
Mo	~2–3	~4–5.5
V	traço/não	traço/não
Nb	nenhum	nenhum (não normalmente adicionado)
Ti	~0.5–0.7 (ou uma quantidade estequiométrica para amarrar C)	nenhum
B	traço/não	traço/não
N	baixo (traço)	≤ 0.1 (frequentemente pequenas quantidades)
Cu	nenhum	~1–2

Como a liga afeta as propriedades: - O titânio em 316Ti forma preferencialmente carbonetos estáveis (TiC/TiN) que evitam a precipitação de carbonetos de cromo nas fronteiras de grão durante a exposição a temperaturas intermediárias (sensibilização), preservando a resistência à corrosão intergranular após ciclos térmicos ou soldagem. - O 904L alcança resistência à corrosão principalmente através de um maior teor de níquel (estabiliza austenita e aumenta a resistência à corrosão sob tensão por cloretos) e molibdênio elevado para melhorar a resistência à corrosão por picotamento e fendas. A adição de cobre melhora a resistência a ácidos redutores (notavelmente ácido sulfúrico).

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Ambas as ligas são essencialmente totalmente austeníticas na condição normalizada/recocida.

• 316Ti
• Microestrutura: Matriz austenítica com carbonetos/nitratos estabilizados por Ti distribuídos em estágios de processamento a alta temperatura. Em material devidamente recocido, a precipitação de carbonetos é suprimida e a sensibilização nas fronteiras de grão é minimizada.
• Resposta ao tratamento térmico: A prática típica é o recocimento em solução (por exemplo, faixa de 1040–1150 °C para aços inoxidáveis austeníticos) seguido de resfriamento rápido para manter uma austenita de fase única. O 316Ti não é endurecível por resfriamento e revenido da maneira que os aços ferríticos/marteníticos são; a resistência é modificada principalmente pelo trabalho a frio.

• Resistência à sensibilização: Melhorada em relação ao 316/316L porque o Ti amarra o carbono, prevenindo a formação de carbonetos de Cr.

• 904L

• Microestrutura: Totalmente austenítica, geralmente livre de estabilizadores intencionalmente adicionados. O baixo carbono elimina o risco significativo de precipitação de carbonetos; pequenas adições de nitrogênio (se presentes) fortalecem ainda mais a austenita.
• Resposta ao tratamento térmico: O recocimento em solução e o resfriamento rápido são usados para dissolver quaisquer precipitados indesejáveis. Como outros aços inoxidáveis austeníticos, as propriedades mecânicas são ajustadas pelo trabalho a frio em vez de tratamentos térmicos de endurecimento.
• Resistência à sensibilização: Formação de carbonetos de cromo inerentemente baixa devido ao baixo teor de C; nenhum Ti ou Nb necessário.

Nota: Ciclos convencionais de normalização, resfriamento e revenido usados para aços carbono ou martensíticos não são aplicáveis a essas ligas austeníticas.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas dependem da forma do produto (chapas, placas, barras), trabalho a frio e tratamento térmico. A tabela abaixo fornece intervalos representativos de condição recocida comumente citados para esses tipos de aços inoxidáveis austeníticos; use os certificados de moinho do fornecedor para cálculos de projeto.

Propriedade (recocido)	316Ti (representativo)	904L (representativo)
Resistência à tração (UTS)	~480–620 MPa	~500–700 MPa
Resistência ao escoamento (prova de 0.2%)	~170–300 MPa	~200–350 MPa
Alongamento (A, %)	~40% (boa ductilidade)	~35–45% (boa ductilidade)
Tenacidade ao impacto	Boa, mantém tenacidade em baixa temperatura	Comparável; tenacidade geralmente boa
Dureza (HRB/HRC)	Recocido: baixo (~70–95 HRB)	Recocido: faixa similar

Interpretação: - Ambos são graus austeníticos dúcteis e tenazes. O maior teor de níquel e molibdênio do 904L geralmente resulta em resistência comparável ou ligeiramente superior em algumas formas de produto em relação ao 316Ti estabilizado, mas as diferenças são frequentemente modestas em comparação com os efeitos do trabalho a frio. - A tenacidade em ambas as ligas é geralmente alta; nenhuma delas exibe uma transição dúctil-frágil acentuada como os aços ferríticos/marteníticos.

5. Soldabilidade

Aços inoxidáveis austeníticos estão entre as ligas metálicas mais soldáveis, mas a composição influencia o comportamento da solda.

Equações-chave de soldabilidade usadas para avaliação qualitativa: - Equivalente de cromo típico para avaliar a endurecibilidade e a tendência de trincas na solda: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parâmetro combinado para estimar a suscetibilidade 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 qualitativa: - 316Ti: A estabilização por titânio reduz marcadamente o risco de corrosão intergranular após a soldagem, prevenindo a precipitação de carbonetos de cromo. No entanto, o Ti aumenta a tendência para inclusões difíceis de usinar e pode exigir seleção adequada de eletrodos; os metais de enchimento comumente usados são variantes de enchimento 316L/316 para evitar a depleção do estabilizador na zona de solda. O pré-aquecimento/tratamento térmico pós-soldagem geralmente não é necessário, embora o controle da entrada de calor seja usado para evitar a precipitação excessiva de fases ricas em titânio. - 904L: Excelente soldabilidade no sentido de ductilidade e fusão; o baixo carbono reduz o risco de precipitação de carbonetos. O alto teor de níquel e molibdênio significa que a seleção do eletrodo deve corresponder aos requisitos químicos e mecânicos (eletrodo de alta liga correspondente para manter a resistência à corrosão); consumíveis de soldagem de alta liga são mais caros. O risco de trincas a quente não é tipicamente maior do que em outros austeníticos, mas os parâmetros de soldagem devem levar em conta as maiores tendências de expansão e contração térmicas.

Em ambas as ligas, consumíveis de soldagem, design de juntas e controle da entrada de calor são importantes para manter a resistência à corrosão na zona afetada pelo calor.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Para aços não inoxidáveis, os sistemas de proteção incluem galvanização, pintura, revestimentos epóxi ou proteção catódica; tais medidas não são considerações primárias para essas ligas inoxidáveis.
• Para ligas inoxidáveis, a resistência ao picotamento é comumente quantificada pelo Número Equivalente de Resistência ao Picotamento (PREN): $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Este índice fornece uma indicação aproximada da resistência à corrosão localizada (picotamento) em ambientes contendo cloretos.

Comportamento à corrosão: - 316Ti: Oferece boa resistência à corrosão geral típica da família 316 devido ao teor de cromo e molibdênio para resistência ao picotamento. A estabilização por titânio preserva principalmente a resistência à corrosão após a exposição a ciclos térmicos sensibilizantes ou soldagem, prevenindo a precipitação de carbonetos de cromo. - 904L: Projetado para resistência superior tanto à corrosão geral quanto à localizada. O maior teor de Ni e Mo eleva o PREN em relação ao 316Ti, melhorando a resistência ao picotamento e à corrosão por fendas em ambientes contendo cloretos. O cobre melhora a resistência a ácidos redutores (por exemplo, ácido sulfúrico). O 904L é frequentemente escolhido onde o picotamento por cloretos ou ambientes ácidos agressivos estão presentes e onde minimizar a manutenção é crítico.

Nota: O PREN é um índice—não um substituto para testes de corrosão específicos de aplicação—porque o desempenho real depende da microestrutura, acabamento superficial, temperatura, condições de fluxo e ambiente químico.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade
• 316Ti: Endurece ao trabalho; a estabilização por titânio pode fazer com que o desgaste das ferramentas seja um pouco maior do que para 316L. Práticas padrão de usinagem de aços inoxidáveis austeníticos (ferramentas afiadas, montagens rígidas, alto fluxo de refrigerante, velocidades controladas) se aplicam.
• 904L: Geralmente mais difícil de usinar do que as ligas da classe 316 devido ao maior teor de níquel e tenacidade; a vida útil da ferramenta é mais curta e os parâmetros de corte devem ser conservadores.
• Formabilidade
• Ambas as ligas são facilmente moldadas na condição recocida. O 316Ti mantém a formabilidade semelhante a outras variantes do 316; o 904L pode ser moldado a frio, mas o retorno elástico e o endurecimento devem ser considerados.
• Acabamento de superfície
• Ambos podem ser polidos, passivados e eletropolidos. O 904L pode ser mais desafiador para eletropolir uniformemente devido às diferenças de liga.

8. Aplicações Típicas

316Ti — Usos Típicos	904L — Usos Típicos
Componentes de alta temperatura onde a sensibilização é uma preocupação (por exemplo, componentes de forno, trocadores de calor, tubos de caldeira e superaquecedor)	Equipamentos de processamento químico em ambientes altamente corrosivos (por exemplo, produção de ácido sulfúrico, linhas de decapagem)
Tubulações e vasos de processo que passam por ciclos térmicos ou soldagem onde a estabilização é necessária	Manipulação de água do mar e equipamentos offshore onde o risco de picotamento e corrosão por fendas é alto
Sistemas de escape, componentes de turbocompressor e acessórios de forno	Sistemas de dessulfurização de gases de combustão, manuseio de ácidos e ambientes com ácidos redutores devido à adição de Cu
Componentes resistentes à corrosão de uso geral onde as propriedades da família 316 são suficientes, mas a estabilidade contra sensibilização é necessária	Aplicações de alta integridade onde a vida útil prolongada em meios químicos agressivos supera o custo do material

Justificativa da seleção: - Escolha 316Ti onde ciclos térmicos ou fabricação possam causar sensibilização e onde a resistência à corrosão padrão do 316 seja adequada. - Escolha 904L onde maior resistência ao picotamento/corrosão por fendas e resistência a ácidos específicos (especialmente ácido sulfúrico) sejam necessárias e onde o custo do ciclo de vida justifique o maior custo do material.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: 904L é significativamente mais caro do que 316Ti em uma base por quilograma devido ao teor muito mais alto de níquel e molibdênio e à adição de cobre. O custo do material pode afetar materialmente os orçamentos de projetos para grandes equipamentos.
• Disponibilidade: 316Ti está amplamente disponível em placas, chapas, tubos e barras de muitos moinhos e distribuidores. O 904L está disponível, mas menos onipresente; prazos de entrega mais longos ou produção sob encomenda especial podem ser necessários para seções grandes ou formas personalizadas. Os metais de enchimento para soldagem do 904L também são mais caros e podem ter disponibilidade limitada em algumas regiões.

10. Resumo e Recomendação

Atributo	316Ti	904L
Soldabilidade	Muito boa; Ti reduz o risco de sensibilização na ZAT	Muito boa; baixo C ajuda, mas a seleção do eletrodo é importante
Resistência–Tenacidade	Boa ductilidade e tenacidade; comportamento austenítico típico	Resistência comparável ou ligeiramente superior em algumas formas; tenaz e dúctil
Desempenho à corrosão	Boa resistência à corrosão geral e localizada; estabilizado para exposição térmica	Superior resistência à corrosão localizada (picotamento/fenda) e resistência a ácidos redutores
Custo relativo	Mais baixo	Mais alto

Conclusão e orientação de seleção: - Escolha 316Ti se: - A preocupação dominante é prevenir a sensibilização após a soldagem ou exposição a temperaturas intermediárias (por exemplo, partes de pressão soldadas, componentes afetados pelo calor). - A resistência à corrosão padrão da classe 316 (com Mo para picotamento) é adequada para o ambiente de serviço. - Você requer uma opção mais econômica com ampla disponibilidade e comportamento de fabricação previsível.

• Escolha 904L se:
• O serviço inclui ambientes de cloreto altamente agressivos, condições propensas a fendas ou picotamento, ou ácidos redutores (por exemplo, ácido sulfúrico), e resistência à corrosão superior é necessária.
• Vida útil longa e manutenção reduzida em ambientes químicos agressivos justificam custos mais altos de material e fabricação.
• A aquisição pode acomodar consumíveis de alta liga de custo mais elevado e possíveis prazos de entrega.

Sempre verifique a seleção de material com dados de corrosão específicos do ambiente, requisitos mecânicos, qualificação de procedimento de soldagem e análise de custo do ciclo de vida. Para sistemas críticos, realize testes de corrosão específicos de aplicação ou consulte especialistas em metalurgia e certificações de moinho antes da especificação final.