444 vs 441 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Selecionar entre os graus de aço inoxidável 444 e 441 é um dilema comum para engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura que trabalham em ambientes corrosivos, sistemas de alta temperatura e aplicações de escapamento automotivo. A decisão geralmente equilibra resistência à corrosão (especialmente resistência a picadas e cloretos), estabilidade térmica a longo prazo, soldabilidade e custo total de propriedade (material mais fabricação).

Em um nível alto, tanto o 444 quanto o 441 são aços inoxidáveis ferríticos otimizados para diferentes drivers de serviço: um enfatiza a resistência à corrosão aprimorada em ambientes úmidos ou contendo cloretos através de adições como molibdênio e estabilizadores para prevenir a sensibilização da borda do grão, enquanto o outro enfatiza a resistência à oxidação em alta temperatura e a estabilidade térmica por meio da estabilização com titânio e uma composição adaptada para aplicações de escapamento automotivo e resistência ao calor. Como ambos são ferríticos de baixo níquel, eles são frequentemente comparados onde soluções sem níquel ou de baixo níquel são necessárias.

1. Normas e Designações

• Sistemas de normas primárias que cobrem graus inoxidáveis ferríticos incluem ASTM/ASME, UNS, EN (Europeu), JIS (Normas Industriais Japonesas) e GB (normas nacionais chinesas).
• Identificadores comerciais comuns: esses materiais são classificados como aços inoxidáveis ferríticos (baixo carbono, à base de cromo, baixo níquel).
• Formas de produtos típicas cobertas por normas: chapa, fita, bobina, placa e tubos soldados para componentes de trocadores de calor e escapamentos.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume as características típicas de liga e a presença relativa de elementos comuns no 444 e no 441. Os valores são apresentados qualitativamente (presença relativa ou função) em vez de porcentagens precisas, porque a seleção e o desempenho são controlados por pequenas diferenças na estratégia de liga.

Elemento	Função / efeito	Grau 444 (relativo)	Grau 441 (relativo)
C (carbono)	Resistência, endurecimento, formação de carbonetos	Muito baixo (controlado)	Muito baixo (controlado; estabilizado com Ti)
Mn (manganês)	Estabilizador de austenita, desoxidante	Baixo–moderado	Baixo–moderado
Si (silício)	Desoxidação, resistência a alta temperatura	Baixo–moderado	Baixo–moderado
P (fósforo)	Impureza (brittle em altos níveis)	Muito baixo	Muito baixo
S (enxofre)	Usinabilidade (indesejável para corrosão)	Muito baixo	Muito baixo
Cr (cromo)	Passivação, resistência à corrosão	Alto (base ferrítica de cromo)	Alto (base ferrítica de cromo)
Ni (níquel)	Estabilizador de austenita (baixo em ferríticos)	Muito baixo	Muito baixo
Mo (molibdênio)	Resistência a picadas/fissuras, endurecimento por solução sólida	Moderado–significativo (diferenciador chave)	Baixo–traço
V (vanádio)	Endurecimento, formador de carbonetos	Traço ou nenhum	Traço ou nenhum
Nb (niobio)	Estabiliza contra sensibilização; formador de carbonetos	Presente (microligação/estabilização)	Tipicamente não utilizado
Ti (titânio)	Estabilização de carbono (previne sensibilização, melhora o creep em alta temperatura)	Pode estar presente em pequenas quantidades	Presente (principal estabilizador)
B (boro)	Reforço da borda do grão (muito baixo)	Traço/nenhum	Traço/nenhum
N (nitrogênio)	Endurecimento e resistência a picadas (limitado em ferríticos)	Muito baixo	Muito baixo

Explicação da estratégia: - 444: a liga enfatiza o cromo para passividade mais molibdênio e microligação (por exemplo, Nb) para melhorar a resistência a picadas/fissuras e inibir a precipitação de carbonetos intergranulares—isso apoia o uso em serviços corrosivos úmidos e contendo cloretos. - 441: a liga enfatiza a estabilização do carbono com titânio para melhorar a estabilidade em alta temperatura, reduzir a sensibilização durante o ciclo térmico e fornecer boa resistência à oxidação para sistemas de escapamento; o Mo é tipicamente mínimo.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Tanto o 444 quanto o 441 são essencialmente aços inoxidáveis ferríticos; sua microestrutura estável à temperatura ambiente é cúbica de corpo centrado (ferrita). Pontos microestruturais chave:

• Fase primária: ferrita com pequenas quantidades de carbonetos de liga, nitretos ou intermetálicos dependendo da história térmica.
• 441: a estabilização com Ti fixa o carbono como carbonetos/nitretos de titânio, prevenindo a precipitação de carbonetos de cromo nas bordas dos grãos durante a exposição térmica—isso melhora a resistência à sensibilização e à carbonização durante altas temperaturas cíclicas (típicas de sistemas de escapamento).
• 444: adições de molibdênio e microligação promovem um filme passivo estável e aumentam a resistência à corrosão localizada; Nb ou outros estabilizadores, quando presentes, ajudam a fixar o carbono e reduzir o risco de sensibilização.

Resposta ao tratamento térmico: - O recozimento em solução e o resfriamento rápido são usados para dissolver precipitados e restaurar a resistência à corrosão. Aços inoxidáveis ferríticos típicos não respondem ao tratamento de têmpera para produzir martensita como alguns aços—os aumentos de resistência são alcançados principalmente por trabalho a frio em vez de têmpera. - A normalização e o recozimento aliviam tensões e podem influenciar o tamanho do grão; exposição prolongada em faixas de temperatura intermediárias pode promover a formação de fase sigma ou intermetálica em ferríticos ricos em Cr se o equilíbrio da liga for inadequado—ciclos térmicos cuidadosos são importantes para o 444 devido às suas adições de liga. - O processamento termo-mecânico e o trabalho a frio controlado são rotas comuns para aumentar a resistência para ambos os graus; a estabilização com Ti do 441 o torna mais tolerante a ciclos térmicos repetidos.

4. Propriedades Mecânicas

O comportamento mecânico entre os dois graus é próximo porque ambos são aços inoxidáveis ferríticos; no entanto, as diferenças de liga influenciam a resistência, ductilidade e tenacidade.

Propriedade	Grau 444 (comparação típica)	Grau 441 (comparação típica)
Resistência à Tração	Moderada a moderadamente alta (endurecimento por solução sólida por Mo)	Moderada (pode ser aumentada por trabalho a frio)
Resistência ao Escoamento	Moderada	Moderada (semelhante, dependendo do trabalho a frio)
Alongamento (ductilidade)	Bom, mas reduzido com trabalho a frio ou liga pesada	Tipicamente ligeiramente melhor ductilidade em processamento equivalente (Ti estabiliza carbonetos)
Tenacidade ao Impacto	Boa em ambiente; pode cair a baixa temperatura como muitos ferríticos	Boa em ambiente; comparável, muitas vezes melhor retida em ciclos térmicos devido à estabilização com Ti
Dureza	Moderada (endurecível por trabalho)	Moderada (endurecível por trabalho)

Qual é mais forte/tenaz/ductil e por quê: - As diferenças de resistência são modestas e altamente dependentes do processamento. O 444 pode alcançar uma resistência ligeiramente maior em estado laminado devido ao endurecimento por solução sólida de Mo; a estabilidade mecânica do 441 em alta temperatura é frequentemente superior porque o titânio forma carbonetos estáveis que previnem a precipitação de carbonetos embrittling. - A tenacidade e a ductilidade são influenciadas pelo nível de trabalho a frio e pela história térmica; nenhum dos graus é otimizado para tenacidade criogênica em comparação com graus austeníticos.

5. Soldabilidade

Considerações de soldabilidade para aços inoxidáveis ferríticos dependem do baixo teor de carbono, contribuintes de endurecimento e estabilizadores:

• O baixo teor de carbono em ambos os graus reduz a suscetibilidade a trincas a frio, mas os aços inoxidáveis ferríticos podem ser propensos ao crescimento de grãos em zonas afetadas pelo calor se um excesso de calor for utilizado.
• A liga com Mo e elementos de microligação no 444 aumenta o potencial para propriedades alteradas na ZAC em comparação com ferríticos mais simples, portanto, os procedimentos de soldagem devem controlar a temperatura entre passes e a entrada de calor.
• A estabilização com Ti no 441 reduz a precipitação de carbonetos e torna as soldas menos suscetíveis à corrosão intergranular após a soldagem e o ciclo térmico.

Índices de soldabilidade úteis: - O equivalente de carbono (forma IIW) é comumente usado para avaliar o risco de endurecimento: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - O Pcm (WRC/IIW) fornece outra medida para a sensibilidade a trincas de solda: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$ Interpretação (qualitativa): - Ambos os graus geralmente mostram boa soldabilidade com práticas padrão de TIG/MIG/GMAW quando as temperaturas de pré-aquecimento e entre passes são controladas e metais de adição compatíveis com aços inoxidáveis ferríticos são utilizados. - O 441 frequentemente mostra desempenho pós-soldagem mais fácil em serviço cíclico de alta temperatura devido à estabilização com Ti; o 444 pode exigir atenção à seleção de aditivos e entrada de calor para preservar a resistência à corrosão próxima às soldas, especialmente em ambientes contendo cloretos.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Para inoxidável (tanto 444 quanto 441 são inoxidáveis), o desempenho do filme passivo é impulsionado pelo cromo com melhorias de Mo ou N.
• PREN (Número Equivalente de Resistência a Picadas) é um índice útil para comparar a resistência à corrosão localizada: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Interpretação:
• O 444 geralmente tem um PREN mais alto que o 441 devido ao seu maior teor de molibdênio, tornando-o melhor em ambientes expostos a cloretos ou água do mar.
• A estabilização com Ti do 441 não aumenta substancialmente o PREN, mas melhora a resistência à sensibilização e problemas de carbonização/oxidação em alta temperatura.

Quando a proteção não inoxidável é necessária: - Se uma liga não inoxidável estiver sendo considerada, galvanização, pintura ou revestimentos poliméricos são padrão. Para graus inoxidáveis ferríticos, revestimentos podem ser aplicados por estética ou proteção adicional contra abrasão/química, mas sua resistência intrínseca à corrosão é frequentemente suficiente sem revestimentos.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade: Aços inoxidáveis ferríticos são geralmente mais fáceis de usinar do que aços inoxidáveis austeníticos, mas podem ser mais duros do que aços carbono simples. O 444 contendo Mo pode causar mais desgaste de ferramentas do que o 441.
• Formabilidade: O 441 (com estabilização de Ti) tende a ter uma formabilidade ligeiramente melhor em condições térmicas de alta temperatura ou cíclicas; ambos podem ser moldados por operações padrão de prensa e conformação a frio, mas o retorno é característico dos ferríticos.
• Acabamento de superfície: Ambos os graus aceitam práticas comuns de acabamento (escovação, polimento); o teor de Mo do 444 pode influenciar o comportamento de gravação e decapagem e requer tratamento químico apropriado para recuperar a passividade após a fabricação.

8. Aplicações Típicas

Grau 444 — Usos Típicos	Grau 441 — Usos Típicos
Trocadores de calor em água do mar, tubulação de água do mar, bombas e válvulas de água salgada	Componentes de escapamento automotivo, silenciadores, carcaças de conversores catalíticos, escudos térmicos
Desulfurização de gases de combustão, equipamentos de processamento químico expostos a cloretos	Partes de fornos de alta temperatura e suportes de isolamento térmico
Bobinas e condensadores de HVAC em atmosferas corrosivas	Componentes de ciclos térmicos onde a resistência à carbonização é importante
Equipamentos de processamento de alimentos com exposição a cloretos (onde baixo Ni é desejado)	Componentes estruturais expostos à oxidação em alta temperatura com carga cíclica

Racional de seleção: - Escolha 444 onde a corrosão localizada (picadas/fissuras) em ambientes com cloretos é uma preocupação primária e baixo teor de níquel é necessário. - Escolha 441 onde a resistência à oxidação em alta temperatura, estabilidade em ciclos térmicos e produção em escala sensível ao custo dominam.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: o 444 é geralmente mais caro que o 441 porque o molibdênio e os elementos de microligação aumentam o custo da matéria-prima. O 441 é frequentemente mais econômico para peças automotivas produzidas em massa devido à liga adaptada e altos volumes de produção.
• Disponibilidade: o 441 está amplamente disponível em bobinas e chapas para OEMs automotivos e fornecedores; o 444 está disponível através de distribuidores de inoxidáveis especiais em chapa, placa e tubos soldados para aplicações de trocadores de calor e processos, mas pode ter formas de estoque mais limitadas em alguns mercados.

10. Resumo e Recomendação

Tabela resumo (classificações qualitativas: Bom / Melhor / Mais Alto / Mais Baixo)

Atributo	444	441
Soldabilidade	Boa (requer controle de entrada de calor)	Boa (Ti estabiliza a ZAC)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Boa (Mo aumenta a resistência)	Boa (estabilidade térmica com Ti)
Resistência à corrosão localizada (cloretos)	Melhor (maior Mo)	Mais Baixo (menos Mo)
Oxidação em alta temperatura & ciclos térmicos	Boa	Melhor (estabilização com Ti)
Custo	Mais Alto	Mais Baixo / Mais econômico

Recomendações finais: - Escolha 444 se precisar de resistência à corrosão localizada aprimorada (picadas/fissuras) em ambientes úmidos ou contendo cloretos e puder justificar o custo mais alto do material; é bem adequado para tubos de trocadores de calor em água do mar, dessalinização e serviços químicos onde Mo e estabilizadores prolongam a vida útil. - Escolha 441 se a aplicação exigir estabilidade térmica, resistência à carbonização e exposição cíclica a altas temperaturas (por exemplo, sistemas de escapamento automotivo, silenciadores e escudos térmicos), exigir boa formabilidade e eficiência de custo em escala, ou quando o comportamento estabilizado com Ti para evitar sensibilização após a soldagem for importante.

Nota final: tanto o 444 quanto o 441 são aços inoxidáveis ferríticos especializados otimizados para ambientes distintos. A seleção do material deve ser acompanhada pela consulta de fichas técnicas de produtos específicas, especificações de procedimentos de soldagem e testes de corrosão específicos para a aplicação (incluindo testes de picadas, fissuras e oxidação em alta temperatura) para validar o desempenho a longo prazo para o serviço pretendido.