X20CrMoV12-1 vs 12Cr1MoV – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação comumente enfrentam a escolha entre aços que parecem semelhantes em nome, mas servem a funções muito diferentes. X20CrMoV12-1 e 12Cr1MoV são comparados quando um projeto deve equilibrar resistência a altas temperaturas e resistência ao desgaste contra soldabilidade, custo e facilidade de fabricação. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de ferramentas ou peças de trabalho a quente versus a seleção de aços para vasos de pressão/tubulações para serviço em alta temperatura.

A principal distinção técnica entre essas duas ligas é sua estratégia de liga: uma é formulada como um aço de trabalho a quente/rico em cromo otimizado para endurecibilidade, resistência a altas temperaturas e resistência ao desgaste abrasivo, enquanto a outra é um aço Cr–Mo–V de baixa liga projetado para resistência ao fluência e tenacidade em serviço de pressão-temperatura. Essa diferença em cromo e elementos formadores de carbonetos impulsiona microestruturas contrastantes, resposta ao tratamento térmico, prática de soldagem, comportamento à corrosão e aplicações típicas.

1. Normas e Designações

• X20CrMoV12-1
• Comumente referenciado pela nomenclatura de aço de ferramenta de trabalho a quente EN (Europeia). Existem graus equivalentes de ferramenta/trabalho a quente em outros sistemas (por exemplo, análogos AISI/UNS/H-series em alguns mercados).
• Classificação: aço de liga de ferramenta / trabalho a quente (família de aço de ferramenta martensítico).
• 12Cr1MoV
• Encontrado em normas nacionais para aços de usinas de energia e vasos de pressão (comum na prática europeia, russa e chinesa para serviço em alta temperatura).
• Classificação: aço ferrítico-martensítico/temperado de baixa liga para aplicações de pressão-temperatura (grau de usina de energia).

Nota: referências cruzadas exatas diferem por corpo normativo (EN, ASTM/ASME, GOST, GB/JIS). A compra deve especificar a norma e a condição de tratamento térmico exigidas.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo mostra faixas de composição típicas (massa %) comumente usadas para especificação e comparação de engenharia. Os limites exatos dependem da norma específica e da usina siderúrgica.

Elemento	X20CrMoV12-1 (típico, wt%)	12Cr1MoV (típico, wt%)
C	0.18 – 0.25	0.08 – 0.15
Mn	0.30 – 0.60	0.30 – 0.80
Si	0.20 – 0.60	0.10 – 0.50
P	≤ 0.03 (máx)	≤ 0.025 (máx)
S	≤ 0.03 (máx)	≤ 0.02 (máx)
Cr	11.5 – 13.0	0.9 – 1.3
Ni	≤ 0.30	≤ 0.40
Mo	0.8 – 1.2	0.4 – 0.6
V	0.30 – 0.60	0.05 – 0.15
Nb / Ti / B	tipicamente traço/nenhum	traço/nenhum
N	traço	≤ 0.012 (típico)

Como a estratégia de liga afeta o comportamento: - Alto cromo em X20CrMoV12-1 promove a formação de carbonetos e pode melhorar a resistência à oxidação e à corrosão superficial em relação a aços de baixo Cr; também aumenta a endurecibilidade e a resistência a altas temperaturas quando combinado com Mo e V. - Mo e V são formadores de carbonetos fortes que aumentam a endurecibilidade, resistência ao revenido e resistência a altas temperaturas. No aço de ferramenta, esses elementos refinam os carbonetos e aumentam a dureza a quente e a resistência ao desgaste. - 12Cr1MoV contém Cr, Mo e V modestos para equilibrar a resistência à fluência e a tenacidade para serviço em vasos de pressão, mantendo uma soldabilidade e ductilidade aceitáveis.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• X20CrMoV12-1
• Microestrutura típica após têmpera e revenido: martensita temperada com uma rede de carbonetos de liga (ricos em Cr, Mo, V) distribuídos ao longo das fronteiras de grão de austenita anterior e dentro dos grãos.
• Rotas de tratamento térmico: endurecimento (austenitização a temperaturas elevadas apropriadas para o grau) seguido de têmpera em óleo/gás e revenido em múltiplas etapas. O revenido controlado produz uma matriz martensítica temperada com carbonetos dispersos, proporcionando alta dureza a quente e resistência ao desgaste.
• Processamento termo-mecânico aperta a distribuição de carbonetos e o tamanho do grão; aços de trabalho a quente são frequentemente pré-endurecidos ou fornecidos em condição de recozimento macio para usinagem antes da endurecimento final.
• 12Cr1MoV
• Microestrutura típica após normalização e revenido: martensita temperada / bainita temperada com carbonetos finos de Mo e V, distribuídos para fornecer resistência à fluência e tenacidade.
• Rotas de tratamento térmico: normalização para refinar o tamanho do grão seguida de revenido para ajustar a resistência/tenacidade para serviço de pressão-temperatura. O tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) é comumente exigido para restaurar a tenacidade e reduzir tensões residuais.
• O menor teor de carbono e os níveis mais baixos de formadores de carbonetos totais levam a uma matriz mais dúctil e tolerante a entalhes em comparação com o aço de ferramenta.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico, tamanho da seção e condição final de dureza. Os valores abaixo são faixas típicas representativas para comparação de engenharia—especificar a condição exigida nos documentos de compra.

Propriedade	X20CrMoV12-1 (temperado & revenido, típico)	12Cr1MoV (normalizado & revenido, típico)
Resistência à Tração Última (MPa)	900 – 1400	480 – 650
Resistência ao Esforço (0.2% offset, MPa)	700 – 1100	300 – 420
Alongamento (A%, típico)	6 – 12	15 – 25
Tenacidade ao Impacto (Charpy V, J)	5 – 50 (depende do revenido/dureza)	40 – 120
Dureza	40 – 52 HRC (condições de ferramenta)	~180 – 240 HB (~18–24 HRC)

Interpretação: - X20CrMoV12-1 alcança resistência e dureza muito mais altas quando endurecido e revenido—este é o comportamento pretendido para componentes de ferramenta e trabalho a quente para resistir ao desgaste, deformação e cargas de alta temperatura. - 12Cr1MoV é mais dúctil e tenaz em condições típicas normalizadas/revenidas, tornando-o preferível para componentes estruturais, tubulações e vasos de pressão onde tenacidade, soldabilidade e resistência à fluência-fatiga são prioridades.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do equivalente de carbono e da presença de elementos de liga de endurecibilidade. Dois índices empíricos comumente usados são mostrados abaixo.

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - X20CrMoV12-1: maior Cr, Mo e V aumentam tanto $CE_{IIW}$ quanto $P_{cm}$, aumentando a endurecibilidade e a tendência a formar martensita na zona afetada pelo calor (HAZ). Isso aumenta o risco de trincas a frio e geralmente requer pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas, procedimentos de baixo hidrogênio e, às vezes, PWHT. - 12Cr1MoV: menor teor geral de liga resulta em um equivalente de carbono mais baixo do que o aço de ferramenta, portanto, a soldabilidade é geralmente melhor. No entanto, devido à sua aplicação em altas temperaturas, pré-aquecimento e PWHT são comumente especificados para controlar tensões residuais e restaurar resistência à fluência e tenacidade. - Nota prática: Para ambas as ligas, a qualificação do procedimento de soldagem, a metalurgia correta do material de adição e a adesão às instruções de pré-aquecimento/PWHT são essenciais. O aço de ferramenta geralmente requer consumíveis de soldagem especializados e qualificação; 12Cr1MoV é comumente soldado na construção de usinas de energia com procedimentos estabelecidos.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Nenhuma das ligas é um aço inoxidável austenítico; o comportamento em ambientes corrosivos deve ser considerado.
• X20CrMoV12-1: com ~12% Cr, mostra resistência à oxidação melhorada em altas temperaturas em comparação com aços de baixo Cr e pode oferecer melhor resistência à corrosão superficial em certos ambientes. No entanto, não é à prova de corrosão—tratamento superficial, revestimento (tinta resistente ao calor, nitretação para desgaste) ou atmosferas protetoras são frequentemente utilizados.
• 12Cr1MoV: com ~1% Cr, depende de proteção contra corrosão convencional (pintura, revestimento de caldeira, proteção catódica ou revestimentos internos para tubulações). Seu foco de design é o desempenho mecânico e de fluência, em vez da resistência à corrosão.
• PREN (resistência à picotamento) não é geralmente aplicável para esses aços não estabilizados, contendo carbono, mas ao avaliar a resistência à corrosão localizada de ligas de maior Cr, o índice é:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Nota: use PREN apenas para ligas inoxidáveis austeníticas; não é significativo para aços de ferramenta temperados ou aços de pressão de baixa liga.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• X20CrMoV12-1
• A usinabilidade em condição de recozimento macio é razoável, mas aços de grau de ferramenta são mais abrasivos devido aos carbonetos duros; a usinagem final após a dureza é difícil e requer ferramentas de carboneto e alimentação cuidadosa.
• A conformação e a dobra são limitadas no estado endurecido; a conformação a quente ou a frio é geralmente realizada antes da dureza.
• A retificação superficial e a usinagem de precisão são comuns; o tratamento térmico e o controle de distorção são importantes.
• 12Cr1MoV
• Mais fácil de formar, dobrar e usinar em condições normalizadas/revenidas do que o aço de ferramenta.
• Boa usinabilidade com ferramentas de aço rápido padrão ou de carboneto; menos abrasivo do que aços de ferramenta de alto Cr.
• A soldagem e o tratamento térmico pós-soldagem são rotineiros em oficinas de fabricação familiarizadas com materiais de usinas de energia.

8. Aplicações Típicas

X20CrMoV12-1 (ferramenta/trabalho a quente)	12Cr1MoV (vaso/pressão)
Ferramentas a quente: matrizes de extrusão, inserções de fundição, lâminas de forjamento e corte a quente	Tubos de caldeira, tubos de vapor, cabeçotes, vasos de pressão operando em alta temperatura
Matrizes e componentes de trabalho a quente que requerem dureza a quente e resistência ao desgaste	Carcaças de turbinas, tubulações para usinas térmicas, peças estruturais de alta temperatura
Componentes expostos a atrito elevado e cargas térmicas cíclicas em processos de conformação	Componentes de caldeira e trocadores de calor onde resistência à fluência e tenacidade são críticas

Racional de seleção: - Escolha o aço de ferramenta quando desgaste, dureza em alta temperatura sustentada e resistência à deformação plástica sob altas cargas localizadas forem a prioridade. - Escolha 12Cr1MoV quando soldabilidade, tenacidade e resistência a longo prazo sob carga térmica cíclica e fluência em serviço de pressão-temperatura forem necessárias.

9. Custo e Disponibilidade

• X20CrMoV12-1: geralmente mais caro por quilograma devido ao maior teor de liga (Cr, Mo, V) e processamento especializado. A disponibilidade é boa para barras de aço de ferramenta, chapas e pré-formas de fornecedores especializados, mas forjados grandes ou tamanhos incomuns podem ter prazos de entrega mais longos.
• 12Cr1MoV: custo tipicamente mais baixo e amplamente disponível em tubo, chapa e estoque de forjamento para a indústria de energia. As cadeias de suprimento para graus de caldeira e vasos de pressão estão maduras em todo o mundo.

Considerações sobre a forma do produto: - Os aços de ferramenta são tipicamente fornecidos como barras, chapas, blocos pré-endurecidos ou blanks forjados; as folgas de usinagem e os ciclos de tratamento térmico devem ser planejados. - 12Cr1MoV é comumente fornecido como chapa, tubo e tubo sem costura em condição normalizada pronto para fabricação e PWHT.

10. Resumo e Recomendação

Critério	X20CrMoV12-1	12Cr1MoV
Soldabilidade	Moderada a difícil (alta liga, alto CE)	Boa (menor CE; mas PWHT frequentemente requerido)
Equilíbrio – Resistência e Tenacidade	Alta dureza & resistência; menor ductilidade (como endurecido)	Resistência moderada; maior ductilidade e tenacidade
Custo	Maior (liga especial, teor de carboneto)	Menor (grau comum de vaso de pressão)

Conclusões — orientações concisas: - Escolha X20CrMoV12-1 se você precisar de um aço de trabalho a quente/ferramenta com alta endurecibilidade, dureza em alta temperatura, resistência ao desgaste abrasivo e fadiga térmica — por exemplo, matrizes de extrusão ou forjamento, e componentes de corte a quente. Espere um custo de material mais alto, usinagem especializada e procedimentos rigorosos de tratamento térmico/soldagem. - Escolha 12Cr1MoV se a aplicação for em equipamentos que contenham pressão, tubulações ou peças estruturais operando em altas temperaturas onde tenacidade, resistência à fluência e boa soldabilidade (com PWHT) são prioridades — por exemplo, caldeiras, linhas de vapor e componentes de usinas de energia. Espere melhor economia de fabricação e maior disponibilidade.

Nota final: sempre especifique a norma exata, a condição de tratamento térmico exigida, as tolerâncias dimensionais e os procedimentos de soldagem/PWHT nos documentos de compra e desenhos de engenharia. Para componentes críticos, solicite análise química certificada e relatórios de testes mecânicos e qualifique os procedimentos de soldagem para a geometria da junta e temperatura de serviço pretendidas.