Aço Inoxidável Liga 20: Propriedades e Principais Aplicações

O Liga 20, também conhecido como Carpenter 20 ou UNS N08020, é uma liga de níquel-cromo-molibdênio projetada para excelente resistência à corrosão, particularmente em ambientes ácidos. É classificada como um aço inoxidável austenítico, caracterizado por seu alto teor de níquel, que proporciona resistência aprimorada à corrosão por pite e por fendas. Os principais elementos de liga incluem níquel (Ni), cromo (Cr) e molibdênio (Mo), cada um contribuindo para o desempenho e durabilidade gerais da liga.

Visão Geral Abrangente

O Liga 20 é utilizado principalmente em aplicações onde a resistência a ambientes corrosivos é crítica. Sua composição tipicamente inclui cerca de 20% de níquel, 20% de cromo e 2-3% de molibdênio, que coletivamente aumentam sua resistência a uma variedade de agentes corrosivos, particularmente ácido sulfúrico. O alto teor de níquel estabiliza a estrutura austenítica, garantindo boa ductilidade e tenacidade, enquanto o cromo proporciona resistência à oxidação e o molibdênio melhora a resistência a pites.

Vantagens:
- Resistência à Corrosão: Resistência excepcional ao ácido sulfúrico e a outros ambientes corrosivos.
- Ductilidade e Tenacidade: Mantém boas propriedades mecânicas mesmo em baixas temperaturas.
- Soldabilidade: Adequado para vários processos de soldagem sem risco significativo de trincas.

Limitações:
- Custo: Maior teor de níquel leva a um aumento nos custos do material em comparação com aços inoxidáveis padrão.
- Dureza de Trabalho: Pode ser desafiador de usinar devido às características de endurecimento por trabalho.

O Liga 20 tem uma presença significativa no mercado em indústrias como processamento químico, farmacêutico e produção de alimentos, onde sua resistência à corrosão é primordial. Historicamente, tem sido uma escolha preferida para aplicações envolvendo produtos químicos agressivos, tornando-se um pilar no campo da ciência dos materiais.

Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes

Organização Padrão	Designação/Classe	País/Região de Origem	Observações/Notas
UNS	N08020	EUA	Equivalente mais próximo ao AISI 316L, mas com melhor resistência ao ácido sulfúrico.
ASTM	A387 Gr. 20	EUA	Usado para vasos de pressão em ambientes corrosivos.
EN	2.4660	Europa	Propriedades semelhantes, mas podem ter pequenas diferenças de composição.
JIS	G 4305	Japão	Equivalente ao SUS 316L com resistência à corrosão aprimorada.

As diferenças entre o Liga 20 e seus equivalentes muitas vezes residem na composição específica e no desempenho resultante em ambientes particulares. Por exemplo, enquanto o AISI 316L oferece boa resistência à corrosão, o Liga 20 é especificamente formulado para um desempenho superior em ácido sulfúrico, tornando-o uma melhor escolha para certas aplicações.

Principais Propriedades

Composição Química

Elemento (Símbolo)	Faixa de Porcentagem (%)
Níquel (Ni)	19,0 - 21,0
Cromo (Cr)	19,0 - 21,0
Molibdênio (Mo)	2,0 - 3,0
Ferro (Fe)	Equilíbrio
carbono (C)	≤ 0,03
Manganês (Mn)	≤ 2,0
Silício (Si)	≤ 1,0
Fósforo (P)	≤ 0,045
Enxofre (S)	≤ 0,030

O papel principal do níquel no Liga 20 é melhorar sua resistência à corrosão e estabilizar a estrutura austenítica, enquanto o cromo contribui para a resistência à oxidação. O molibdênio é particularmente eficaz em melhorar a resistência a pites e fendas, tornando o Liga 20 adequado para ambientes químicos severos.

Propriedades Mecânicas

Propriedade	Condição	Valor/Típico Faixa (Métrico)	Valor/Típico Faixa (Imperial)	Padrão de Referência
Resistência à Tração	Recristalizado	620 - 750 MPa	90 - 110 ksi	ASTM E8
Resistência ao Esforço (offset 0,2%)	Recristalizado	310 - 450 MPa	45 - 65 ksi	ASTM E8
Alongamento	Recristalizado	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Dureza (Rockwell B)	Recristalizado	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Resistência ao Impacto (Charpy)	-20°C	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

A combinação de alta resistência à tração e ao escoamento, juntamente com bom alongamento, torna o Liga 20 adequado para aplicações que exigem tanto resistência quanto ductilidade. Sua resistência ao impacto em baixas temperaturas garante confiabilidade em ambientes frios, tornando-o uma escolha versátil para várias aplicações de engenharia.

Propriedades Físicas

Propriedade	Condição/Temperatura	Valor (Métrico)	Valor (Imperial)
Densidade	Temperatura Ambiente	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Ponto de Fusão	-	1370 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
Condutividade Térmica	Temperatura Ambiente	14 W/m·K	81 BTU·in/ft²·h·°F
Capacidade Térmica Específica	Temperatura Ambiente	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Resistividade Elétrica	Temperatura Ambiente	0,7 µΩ·m	0,7 µΩ·in

A densidade do Liga 20 indica sua massa substancial, o que é benéfico em aplicações que exigem durabilidade. Sua condutividade térmica é moderada, tornando-a adequada para aplicações térmicas sem perda excessiva de calor. A capacidade térmica específica sugere que pode absorver calor significativo sem mudanças de temperatura drásticas, o que é vantajoso em ambientes de processamento térmico.

Resistência à Corrosão

Agente Corrosivo	Concentração (%)	Temperatura (°C)	Classificação de Resistência	Notas
Ácido Sulfúrico	0 - 98	20 - 60	Excelente	Altamente resistente, pites mínimos.
Cloretos	0 - 10	20 - 50	Bom	Risco de pites em concentrações mais altas.
Ácido Acético	0 - 100	20 - 80	Bom	Geralmente resistente, mas cautela aconselhada em altas temperaturas.
Água do Mar	-	Ambiente	Regular	Susceptível à corrosão localizada.

O Liga 20 exibe resistência excepcional ao ácido sulfúrico, tornando-o ideal para aplicações de processamento químico. No entanto, é importante notar que, embora funcione bem em muitos ambientes, pode ser suscetível à corrosão localizada em ambientes ricos em cloretos, particularmente em temperaturas elevadas. Em comparação com graus como AISI 316L, o Liga 20 oferece desempenho superior em condições ácidas, mas pode não ser tão eficaz em ambientes alcalinos.

Resistência ao Calor

Propriedade/Limite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observações
Temp. Máx. de Serviço Contínuo	400 °C	752 °F	Adequado para serviço contínuo a essa temperatura.
Temp. Máx. de Serviço Intermitente	450 °C	842 °F	Pode suportar temperaturas mais altas intermitentemente.
Temperatura de Escalonamento	600 °C	1112 °F	Risco de escalonamento acima dessa temperatura.

Em temperaturas elevadas, o Liga 20 mantém suas propriedades mecânicas e resistência à corrosão, tornando-o adequado para aplicações que envolvem calor. No entanto, deve-se ter cuidado para evitar exposição prolongada a temperaturas acima de 400 °C, pois isso pode levar ao escalonamento e degradação das propriedades.

Propriedades de Fabricação

Soldabilidade

Processo de Soldagem	Metal de Adição Recomendada (Classificação AWS)	Gás/Fluxo de Proteção Típico	Notas
TIG	ERNiCr-3	Argônio	Excelente para seções finas.
MIG	ERNiCrMo-3	Argônio + CO2	Bom para seções mais grossas.
SMAW	E NiCrFe-3	-	Adequado para aplicações em campo.

O Liga 20 é altamente soldável, com risco mínimo de trincas durante os processos de soldagem. O pré-aquecimento geralmente não é necessário, mas o tratamento térmico pós-soldagem pode aprimorar as propriedades da solda. Deve-se tomar cuidado para selecionar metais de adição apropriados para garantir compatibilidade e desempenho.

Usinabilidade

Parâmetro de Usinagem	Liga 20	AISI 1212	Notas/Dicas
Índice de Usinabilidade Relativo	30%	100%	O Liga 20 é mais desafiador de usinar.
Velocidade de Corte Típica (Torneamento)	30 m/min	60 m/min	Use ferramentas afiadas e alimentações apropriadas.

Usinar o Liga 20 pode ser mais desafiador do que usinar aços carbono devido às suas características de endurecimento por trabalho. É aconselhável usar ferramentas afiadas e velocidades de corte apropriadas para minimizar o desgaste das ferramentas e alcançar acabamentos de superfície desejados.

Formabilidade

O Liga 20 exibe boa formabilidade, permitindo processos de formação a frio e a quente. Pode ser dobrado e moldado sem risco significativo de trincas, embora deva-se ter cuidado para evitar endurecimento excessivo por trabalho. Os raios de dobra recomendados devem ser respeitados, particularmente em aplicações de formação a frio.

Tratamento Térmico

Processo de Tratamento	Faixa de Temperatura (°C/°F)	Tempo Típico de Imersão	Método de Resfriamento	Objetivo Principal / Resultado Esperado
Recocimento em Solução	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 minutos	Ar	Dissolver carbonetos, melhorar a resistência à corrosão.
Alívio de Tensão	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 hora	Ar	Reduzir tensões residuais.

Processos de tratamento térmico, como o recocimento em solução, são críticos para otimizar a microestrutura do Liga 20. Esse processo ajuda a dissolver carbonetos e melhora a resistência à corrosão da liga, garantindo desempenho ideal em ambientes agressivos.

Aplicações Típicas e Usos Finais

Indústria/Sector	Exemplo de Aplicação Específica	Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação	Razão para Seleção
Processamento Químico	Tanques de armazenamento para ácido sulfúrico	Resistência à corrosão, força	Essencial para lidar com produtos químicos agressivos.
Farmacêutico	Equipamentos na fabricação de medicamentos	Limpeza, resistência à corrosão	Assegura a pureza e segurança do produto.
Processamento de Alimentos	Equipamentos de processamento	Resistência à corrosão, higiene	Atende a rigorosas regulamentações de saúde.

Outras aplicações incluem:
- Petróleo e Gás: Componentes expostos a ambientes corrosivos.
- Celulose e Papel: Equipamentos que manipulam processos de polpa ácida.
- Aplicações Marinhas: Componentes em ambientes de água do mar.

O Liga 20 é escolhido para essas aplicações devido à sua superior resistência à corrosão, particularmente em ambientes onde outros aços inoxidáveis podem falhar.

Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações

Característica/Propriedade	Liga 20	AISI 316L	Hastelloy C-276	Nota Breve de Prós/Contras ou Compensação
Propriedade Mecânica Chave	Alta resistência	Resistência moderada	Alta resistência	O Liga 20 oferece um equilíbrio entre resistência e resistência à corrosão.
Aspecto Corrosivo Chave	Excelente em ácidos	Bom em geral	Excelente em ambientes severos	O Liga 20 se destaca em ácido sulfúrico, enquanto Hastelloy é melhor para condições extremas.
Soldabilidade	Boa	Excelente	Boa	O Liga 20 é adequado para vários processos de soldagem.
Usinabilidade	Moderada	Boa	Pobre	O Liga 20 é mais desafiador de usinar do que o 316L.
Custo Aproximado Relativo	Alto	Moderado	Muito Alto	Considerações de custo são essenciais para orçamentos de projetos.
Disponibilidade Típica	Moderada	Alta	Baixa	O Liga 20 pode ter prazos de entrega mais longos em comparação com o 316L.

Ao selecionar o Liga 20, considerações como custo, disponibilidade e requisitos específicos da aplicação são cruciais. Suas propriedades únicas o tornam adequado para aplicações especializadas, particularmente em ambientes corrosivos, enquanto seu custo mais elevado em comparação com aços inoxidáveis padrão deve ser justificado pelas necessidades de desempenho.

Em resumo, o Liga 20 é um material versátil e altamente eficaz para aplicações que exigem resistência excepcional à corrosão, particularmente em ambientes de ácido sulfúrico. Suas propriedades mecânicas, soldabilidade e formabilidade fazem dele uma escolha preferida em várias indústrias, apesar de seu custo mais alto e desafios de usinagem.