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

Introdução

904L e 316L são dois aços inoxidáveis austeníticos amplamente utilizados que frequentemente competem na seleção de materiais para equipamentos de processos químicos, marinhos e farmacêuticos. Engenheiros e gerentes de compras frequentemente ponderam a resistência à corrosão, soldabilidade e custo do ciclo de vida ao escolher entre eles—equilibrando a necessidade de desempenho superior em ambientes agressivos contra restrições orçamentárias e de fornecimento. Em termos amplos, 904L é uma liga de austenítico mais alta, resistente à corrosão, projetada para serviços agressivos que contêm cloretos e ácidos, enquanto 316L é um aço inoxidável austenítico de baixo carbono amplamente utilizado, oferecendo boa resistência geral à corrosão, conformabilidade e disponibilidade econômica. Essas diferenças explicam por que eles são comumente comparados em decisões de design e fabricação.

1. Normas e Designações

Principais normas e designações comuns para cada grau:

• 316L
• ASTM/ASME: UNS S31603, ASTM A240 (placa/folha), ASTM A276 (barras), ASTM A479 (forjado/tubo), etc.
• EN: 1.4404 (também comumente referenciado como X2CrNiMo17‑12‑2)
• JIS: SUS316L
• GB: 0Cr17Ni12Mo2 (designação chinesa aproximada)

• Classificação: Aço inoxidável austenítico

• 904L

• ASTM/ASME: UNS N08904
• EN: 1.4539 (às vezes referenciado)
• JIS: Não comumente usado como um grau específico do JIS; frequentemente especificado pelo UNS
• GB: Famílias equivalentes disponíveis sob diferentes designações
• Classificação: Aço inoxidável super-austenítico (austenítico de alta liga)

Ambos são aços inoxidáveis (austeníticos); nenhum é considerado carbono, ferramenta ou HSLA no sentido tradicional.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo lista faixas de composição típicas (wt%) para 316L e 904L comerciais comuns. Os valores são faixas representativas usadas em especificações da indústria; a seleção final deve referenciar o padrão específico ou certificado do moinho.

Como a liga afeta o desempenho - O cromo fornece resistência geral à corrosão e estabilidade do filme de óxido (maior Cr aumenta a resistência à corrosão por picotamento). - O níquel estabiliza a fase austenítica, melhora a tenacidade e ductilidade, e aumenta a resistência à corrosão sob tensão por cloretos em muitos contextos. - O molibdênio aumenta a resistência ao picotamento e à corrosão por fendas em ambientes com cloretos. - O cobre em 904L melhora a resistência a ácidos redutores (por exemplo, ácido sulfúrico) e aumenta a estabilidade em certos meios corrosivos. - O baixo carbono (a designação “L”) reduz a sensibilização durante a soldagem e limita a corrosão intergranular.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Tanto 316L quanto 904L são essencialmente totalmente austeníticos (cúbicos de face centrada) na condição recozida. Comportamentos microestruturais e de tratamento térmico chave:

• Microestrutura típica
• 316L: Austenita estável com possível ferrita delta em soldas ou zonas de trabalho a frio se não forem devidamente controladas. O tamanho do grão e a formação de gêmeos ocorrem dependendo da história termo-mecânica.

• 904L: Também totalmente austenítico, mas com maior teor de Ni e Mo/Cu que estabiliza a austenita e reduz a tendência à formação de ferrita ou martensita. 904L apresenta resistência robusta à precipitação de carbonetos (sensibilização).

• Tratamento térmico e processamento

• Ambos os graus são não endurecíveis por rotas convencionais de têmpera e revenimento. O recozimento (tratamento de solução) é o processo padrão para restaurar ductilidade e resistência à corrosão: tipicamente recozimento em solução a aproximadamente 1.040–1.120 °C seguido de resfriamento rápido (têmpera em água) para reter a estrutura austenítica e dissolver carbonetos.
• O processamento termo-mecânico (trabalho a frio) aumenta a resistência por endurecimento por deformação. Nenhum dos graus pode ser significativamente endurecido por tratamento térmico convencional; o endurecimento é alcançado por trabalho a frio ou pela conformação a frio seguida de possível estabilização (por exemplo, para 316Ti).
• A exposição prolongada na faixa de 450–870 °C pode promover a precipitação da fase sigma ou carbonetos de cromo em austeníticos altamente ligados; o elevado Ni e Cu de 904L reduzem, mas não eliminam, os riscos em exposições de serviço extremas.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas típicas na condição recozida dependem da forma do produto (folha, placa, barra) e do padrão específico. A tabela fornece valores recozidos representativos comumente usados para comparação de design; consulte os certificados de material para dados do projeto.

Interpretação - Resistência: Ambos os graus apresentam propriedades de tração amplamente semelhantes no estado recozido; o trabalho a frio aumenta a resistência para ambos. O 904L pode apresentar resistência ligeiramente maior em algumas formas de produto devido à liga, mas as diferenças são frequentemente pequenas em relação às margens de design. - Tenacidade e ductilidade: Ambos são altamente dúcteis e tenazes à temperatura ambiente devido à estrutura totalmente austenítica. O alto teor de níquel do 904L geralmente melhora a tenacidade a baixa temperatura e reduz a suscetibilidade à fragilização. - As propriedades mecânicas são controladas principalmente pelo endurecimento por trabalho e conformação a frio, em vez de tratamento térmico; o design deve referenciar o certificado de material específico.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade incluem teor de carbono, liga e índices de endurecimento.

• Tanto 316L quanto 904L têm baixos níveis de carbono (os graus “L”), o que reduz o risco de sensibilização e corrosão intergranular após a soldagem e melhora a soldabilidade.
• O uso de metais de enchimento austeníticos padrão (por exemplo, níquel correspondente ou superior, baseado em Ni onde necessário) e procedimentos de soldagem apropriados é comum. O recozimento pós-soldagem raramente é necessário para aplicações padrão, mas pode ser usado para resistência à corrosão crítica.
• Índices de soldabilidade (para orientar a comparação qualitativa):
• Equivalente de carbono (forma IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
• Equivalente de resistência à corrosão por picotamento para sensibilidade à soldabilidade: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
• Interpretação qualitativa
• 316L: Boa soldabilidade, amplamente utilizado e bem compreendido. O baixo carbono minimiza a sensibilização; a seleção do metal de enchimento é direta.
• 904L: Também soldável, mas requer atenção. O maior teor de Mo e Cr aumenta os termos CE e Pcm em relação ao 316L; o maior Ni mitiga a endurecibilidade, mas pode afetar a suscetibilidade a trincas a quente se metal de enchimento ou parâmetros inadequados forem usados. O 904L frequentemente requer enchimento correspondente com níquel suficiente e pode ser mais sensível ao aporte de calor e controle de diluição. O pré-aquecimento geralmente não é necessário; o controle das temperaturas entre passes e a limpeza é importante.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Para aços não inoxidáveis: as proteções padrão são galvanização, pintura, proteção catódica e revestimentos. (Não aplicável a esses dois graus inoxidáveis que dependem de filmes passivos.)

• Índices de corrosão inoxidável

• O Número Equivalente de Resistência ao Picotamento (PREN) é comumente usado para comparar a resistência ao picotamento: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• PREN aproximado (usando composições representativas de faixa média):
  • 316L: com Cr ≈ 17% e Mo ≈ 2.5% → PREN ≈ 17 + 3.3×2.5 ≈ 25.25
  • 904L: com Cr ≈ 20% e Mo ≈ 4.5% → PREN ≈ 20 + 3.3×4.5 ≈ 34.85

• Interpretação: Um PREN mais alto indica maior resistência ao ataque localizado (picotamento/fenda) em ambientes com cloretos. O PREN significativamente mais alto do 904L e a adição de cobre conferem resistência superior em muitos ambientes agressivos de cloreto e ácidos redutores (por exemplo, ácido sulfúrico), enquanto o 316L fornece boa resistência geral ao picotamento para exposições moderadas a cloretos.

• Quando o PREN não é aplicável

• O PREN é um índice simplificado focado no picotamento; não captura completamente o comportamento em ambientes fortemente oxidantes, corrosão geral em ácido sulfúrico ou suscetibilidade a trincas por tensão. A avaliação real da aplicação requer testes ou julgamento de engenharia de corrosão experiente.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Maquinabilidade
• 316L: Maquinabilidade justa a ruim em relação aos aços carbono; o endurecimento por trabalho durante o corte requer ferramentas rígidas e alimentações apropriadas. O desempenho melhora com ferramentas de metal duro revestidas e parâmetros otimizados.
• 904L: Geralmente mais difícil de usinar do que 316L devido ao maior teor de níquel e aumento do endurecimento por trabalho; o desgaste das ferramentas e as forças de corte são maiores. Ligas ricas em níquel frequentemente requerem velocidades de corte mais baixas e ferramentas robustas.
• Conformabilidade e dobra
• Ambos os graus têm boa conformabilidade na condição recozida; 316L é amplamente utilizado para conformação profunda e formas complexas. 904L pode ser conformado, mas pode exigir maior força de conformação e atenção ao retorno elástico; o recozimento após conformação pesada é comumente utilizado.
• Acabamento de superfície
• Polimento e passivação são eficazes para ambos; 904L pode exigir química de decapagem/limpeza ligeiramente diferente devido ao teor de Cu e Mo. A decapagem e passivação adequadas restauram o filme passivo e otimizam o desempenho contra corrosão.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção - 316L é selecionado para projetos sensíveis a custos que requerem resistência geral confiável à corrosão, boa conformabilidade e ampla disponibilidade. - 904L é escolhido quando o serviço inclui ambientes agressivos de cloreto, altas concentrações de ácidos redutores, ou quando uma vida útil prolongada com manutenção mínima de corrosão é crítica, apesar do custo inicial mais alto.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo
• O 904L geralmente tem um prêmio significativo sobre o 316L devido ao maior teor de níquel e molibdênio e à inclusão de cobre. As diferenças de preço podem ser substanciais e flutuar com os mercados de metais de liga.
• Disponibilidade
• 316L: Extremamente comum em moinhos em todo o mundo em muitas formas de produto (folha, placa, tubo, barra, forjados).
• 904L: Disponível prontamente de fornecedores especializados e moinhos maiores, mas a gama de formas de produto e prazos de entrega pode ser mais limitada do que a do 316L; a fabricação personalizada e o planejamento de compras são frequentemente necessários para grandes volumes.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Recomendações - Escolha 316L se: - A aplicação requer resistência geral confiável à corrosão em ambientes moderados de cloreto ou atmosféricos, combinada com boa conformabilidade e custo econômico. - A simplicidade da cadeia de suprimentos e a ampla gama de opções de material e fabricação são prioridades. - O sistema não enfrenta exposição prolongada a altos níveis de cloreto, ácidos redutores fortes ou ambientes que exigem PREN muito alto.

• Escolha 904L se:
• O ambiente de serviço inclui cloretos agressivos, ácidos sulfúrico ou outros ácidos redutores, ou condições propensas a picotamento severo e corrosão por fendas.
• Uma longa vida útil com manutenção mínima de corrosão é uma prioridade e o projeto pode justificar o custo mais alto do material.
• Especialização em soldagem e fabricação está disponível para controlar procedimentos e especificar metais de enchimento apropriados.

Nota final: A seleção de materiais deve considerar todo o sistema—temperatura, concentração de cloreto, fluxo, fendas, estado de tensão, método de fabricação e custo do ciclo de vida. Testes de imersão em laboratório, dados eletroquímicos ou experiência de campo com o fluido de processo específico são recomendados para serviços críticos.