430 vs 446 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Selecionar entre os graus de aço inoxidável 430 e 446 é um ponto de decisão comum para engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura que devem equilibrar resistência à corrosão, estabilidade em alta temperatura, fabricabilidade e custo. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de material para carcaças de eletrodomésticos e acabamentos internos (onde custo e conformabilidade são importantes) versus a seleção de ligas para sistemas de gases de combustão em alta temperatura, componentes de fornos ou sistemas de exaustão (onde resistência à oxidação e resistência ao escalonamento a longo prazo são críticas).

A principal distinção técnica é que tanto 430 quanto 446 são aços inoxidáveis ferríticos, mas 446 é uma liga ferrítica de alto cromo projetada para superior resistência à oxidação e corrosão em alta temperatura; 430 é um grau ferrítico de uso geral com menor teor de cromo, otimizado para custo, conformabilidade e resistência moderada à corrosão. Como ambos são ferríticos (estrutura cúbica centrada no corpo), eles são frequentemente comparados em trabalhos de design onde a metalurgia ferrítica, soldabilidade e escolhas orientadas pelo custo se cruzam.

1. Normas e Designações

• 430: UNS S43000 — comumente especificado nas normas ASTM/ASME (por exemplo, A240 para chapa), EN (por exemplo, 1.4016), JIS (SUS430) e GB. Classificação: aço inoxidável ferrítico.
• 446: UNS S44600 — comumente encontrado nas normas ASTM/ASME (por exemplo, variantes A240 para ferríticos de alto cromo), EN (por exemplo, 1.4762/1.4763 dependendo do subgrau), JIS (SUS446) e equivalentes GB. Classificação: aço inoxidável ferrítico de alto cromo (ferrítico).

Ambos são aços inoxidáveis (não aços carbono, ferramenta ou HSLA). Os números de designação exatos e composições podem variar de acordo com a norma regional e subgrau; sempre consulte a norma específica indicada em desenhos ou pedidos de compra.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: Intervalos típicos de composição (wt%) — consulte a norma específica ou certificado da usina para limites exatos.

Notas: - Os valores são indicativos e dependem da norma precisa e da usina. 430 é um grau ferrítico inoxidável nominal de 16–18% Cr com muito baixo Ni e essencialmente nenhuma adição de liga para endurecimento. 446 é um aço inoxidável ferrítico de alto cromo; seu elevado teor de Cr (geralmente 23–27%) é a principal estratégia de liga para maximizar a resistência à oxidação em alta temperatura e reduzir o escalonamento. Algumas especificações de 446 incluem pequenas quantidades de Mo ou maior Si para melhorar ainda mais a resistência à corrosão/oxidação. - Estratégia de liga: o cromo proporciona formação de filme passivo e adesão de escala em alta temperatura. O silício pode melhorar a resistência à oxidação em alta temperatura. O baixo carbono mantém a ferrita estável e melhora a ductilidade; um carbono mais alto (se presente dentro dos limites) pode aumentar a resistência, mas pode comprometer alguma resistência à corrosão.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura (como fabricado, recozido): Ambos os graus são ferríticos com grãos de ferrita predominantemente equiaxiais ou em bandas e, em alguns produtos trabalhados a frio, morfologia fibrosa. Nenhum dos graus se transforma em austenita à temperatura ambiente (diferente dos graus austeníticos) e ambos são essencialmente não tratáveis termicamente para resistência via endurecimento por mudança de fase.
• Efeito da liga: O maior teor de Cr e possível teor de Si do 446 aumentam a formação e estabilidade da escala de óxido em alta temperatura; a química da fronteira de grão pode influenciar a resistência ao escalonamento e à carbonização em temperaturas elevadas.
• Tratamento térmico e processamento:
• O recozimento (alívio de tensões) é comumente aplicado para restaurar a ductilidade e reduzir tensões residuais. O recozimento típico para ferríticos é acima de $900^\circ\mathrm{C}$ seguido de resfriamento controlado; as temperaturas exatas seguem a norma aplicável.
• Normalização ou ciclos de têmpera e revenimento não são geralmente usados para aumentar a resistência como nos aços carbono; os aços inoxidáveis ferríticos não endurecem por transformação martensítica. O processamento termo-mecânico (laminação a frio + recozimento) controla as propriedades mecânicas finais (limite de escoamento, tração, ductilidade) através do endurecimento por trabalho e recristalização.
• O controle do tamanho do grão por meio de laminação controlada e recozimento é importante para a tenacidade e resistência ao fluência em temperaturas moderadas. A microestrutura de alto Cr do 446 é direcionada para a estabilidade da formação de escala em vez de endurecimento.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Intervalos típicos de propriedades mecânicas (recozido, temperatura ambiente). Os valores são indicativos; verifique com o relatório de teste da usina.

Interpretação: - Resistência: 446 pode mostrar resistência modestamente mais alta em algumas formas de produto devido à química e processamento, mas nenhum dos graus é usado principalmente para aplicações de alta resistência; suas resistências são dominadas pelo nível de trabalho a frio e pela forma do produto. - Tenacidade e ductilidade: 430 tende a ser mais dúctil e conformável à temperatura ambiente, enquanto 446 — com maior Cr (e às vezes maior C ou Si) — frequentemente apresenta ductilidade um pouco reduzida e menor tenacidade ao impacto, especialmente em baixas temperaturas. Ambos apresentam desempenho ruim em relação aos aços inoxidáveis austeníticos em tenacidade ao impacto criogênico. - Essas propriedades mecânicas são altamente dependentes do processo (chapa vs. placa vs. tubo) e devem ser confirmadas com dados do fornecedor.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do equivalente de carbono, da liga e da expansão térmica. Os aços inoxidáveis ferríticos geralmente soldam facilmente usando processos comuns, mas têm armadilhas específicas (crescimento de grão, controle de delta-ferrita quebradiça não relevante aqui, uma vez que ambos são ferríticos, mas a sensibilização e a formação de fase sigma em temperaturas elevadas podem ser preocupações em serviço).

Índices de soldabilidade úteis (orientação qualitativa): - Fórmula do equivalente de carbono comumente usada: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice de soldagem relacionado a pitting/corrosão: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - 430: Baixo teor de carbono e baixo teor de liga produzem geralmente boa soldabilidade com métodos comuns de soldagem por fusão e resistência. A resistência à corrosão pós-soldagem é aceitável para muitos ambientes internos/serviço. A distorção é baixa porque o coeficiente de expansão térmica é menor que o dos austeníticos. - 446: Teor de cromo mais alto e às vezes maior teor de carbono ou silício podem aumentar a suscetibilidade ao crescimento de grão e à fragilização local na zona afetada pelo calor se procedimentos inadequados forem usados. O pré-aquecimento raramente é necessário, mas a seleção do material de solda e a entrada de calor controlada são importantes para evitar aumentos de dureza local e mudanças microestruturais. 446 é menos tolerante que 430 — mais atenção à química do metal de adição e tratamentos pós-soldagem é justificada. - Sempre planeje as especificações do procedimento de soldagem (WPS) e a seleção do material de adição com a contribuição do fornecedor; realize testes de soldagem para montagens críticas.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Comportamento inoxidável:
• 430: Resistência moderada à corrosão em ambientes levemente corrosivos (atmosféricos, internos e levemente ácidos). Não é adequado para ambientes ricos em cloreto ou marinhos. Oferece boa resistência a ambientes oxidantes leves em temperaturas ambiente.
• 446: O alto teor de cromo melhora significativamente a resistência à oxidação e ao escalonamento em alta temperatura; ele se desempenha melhor que 430 em gases de combustão, atmosferas de forno e em alguns ambientes sulfidizantes ou carbonizantes. Também é mais resistente a pitting e corrosão em fendas em temperaturas elevadas.
• PREN (resistência ao pitting) é normalmente aplicado a graus austeníticos/duplex, mas pode ser referenciado: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Interpretação: PREN tem utilidade direta limitada para graus ferríticos porque seu comportamento de pitting em cloreto é diferente; no entanto, o maior Cr (e qualquer Mo) em 446 lhe dará uma resistência efetiva ao pitting/oxidação maior que a de 430.
• Proteção de superfície para aços não inoxidáveis: não aplicável aqui, uma vez que ambos são inoxidáveis; no entanto, para melhorar a estética ou proteção extra, ambos podem ser pintados, passivados ou acabados com polimento mecânico. Para ambientes agressivos, considere revestimentos ou alternativas de maior liga.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade:
• 430: Boa conformabilidade na condição recozida; adequado para estampagem profunda, dobra e estampagem comuns em aplicações de eletrodomésticos e arquitetura.
• 446: Menos dúctil; a conformabilidade é menor, especialmente em seções mais espessas. Os raios de dobra e a compensação de ferramentas devem levar em conta o maior endurecimento por trabalho e retorno elástico.
• Maquinabilidade:
• Ambos os graus ferríticos são razoavelmente usináveis quando se utiliza ferramentas e velocidades apropriadas. 430 é geralmente considerado mais fácil de usinar do que 446 devido ao menor teor de Cr e à formação de cavacos mais favorável.
• A tendência de formação de escala dura do 446 em temperaturas de corte elevadas e seu maior teor de liga podem aumentar o desgaste da ferramenta; use ferramentas de metal duro e refrigerante adequado.
• Acabamento de superfície: Ambos aceitam polimento mecânico, moagem e escovação. 446 pode exigir um acabamento mais agressivo para remover a dura escala de óxido quando formado a quente.
• O planejamento da sequência de soldagem e conformação é importante: conformar antes do recozimento final melhora a ductilidade e reduz o risco de trincas para 446.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha 430 quando custo, conformabilidade e resistência à corrosão ambiente aceitável forem prioridades e as temperaturas de serviço forem baixas a moderadas. - Escolha 446 quando o serviço envolver temperaturas altas contínuas ou cíclicas, atmosferas oxidantes agressivas, ou onde resistência ao escalonamento a longo prazo é necessária, apesar do maior custo do material e da conformabilidade reduzida.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: 430 é um grau ferrítico inoxidável de alto volume, amplamente produzido e geralmente está entre as opções de aço inoxidável de menor custo. 446, com teor de cromo significativamente mais alto e frequentemente processamento mais especializado, tem um preço premium por quilograma/metro e é menos econômico para peças grandes e de baixa tensão.
• Disponibilidade: 430 está amplamente disponível em formas de produto (chapa, placa, bobina, tira, tubular). 446 está disponível, mas em menos formas e espessuras de produto da usina; os prazos de entrega podem ser mais longos, e quantidades mínimas de pedido ou produtores especializados podem se aplicar a formas de produto específicas.
• Nota de aquisição: para projetos sensíveis ao orçamento, confirme os custos totais do ciclo de vida: 446 pode reduzir custos de manutenção e substituição em aplicações de alta temperatura, mesmo que seu custo inicial seja mais alto.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Comparação rápida (qualitativa)

Recomendações: - Escolha 430 se você precisar de um aço inoxidável ferrítico econômico e conformável para condições internas ou de serviço leve onde a oxidação em alta temperatura não é uma preocupação primária (eletrodomésticos, painéis HVAC, acabamentos decorativos, peças gerais de chapa metálica). - Escolha 446 se a aplicação expuser o material a temperaturas altas sustentadas ou cíclicas, gases de combustão ou atmosferas oxidantes/carbonizantes onde resistência ao escalonamento e oxidação a longo prazo são necessárias (componentes de forno ou caldeira, revestimentos de chaminé, partes de exaustão e chaminé em alta temperatura), e você puder aceitar maior custo do material e requisitos de fabricação mais restritivos.

Nota final: Tanto 430 quanto 446 são aços inoxidáveis ferríticos; a escolha certa depende do equilíbrio entre temperatura de serviço, ambiente (exposição a oxidantes/halogênios/cloretos), conformabilidade, procedimentos de soldagem e custo do ciclo de vida. Sempre confirme a composição e os dados mecânicos com certificados de teste da usina e valide os procedimentos de soldagem e testes de conformação para componentes críticos.