O aço inoxidável é uma liga à base de ferro que contém crómio suficiente para formar uma película protetora na sua superfície. De acordo com a norma BS EN 10088-1, o limiar habitual para a definição é um teor de crómio de, pelo menos, 10,5% em massa. Essa alteração modifica a forma como a superfície do aço reage com o oxigénio e confere ao material a sua resistência à corrosão.
O nome pode induzir em erro. Se a classe, o estado da superfície, o processo de fabrico ou o ambiente de utilização forem inadequados, o aço inoxidável pode, mesmo assim, manchar-se, apresentar corrosão punctiforme, rachar ou enferrujar. Este guia explica por que razão o aço inoxidável resiste à corrosão, como é fabricado nas siderurgias e fundições, quais são os principais tipos e o que se deve verificar antes de especificar uma classe.
O que é o aço inoxidável?
O aço inoxidável não é um material com uma única composição. Trata-se de uma família de aços resistentes à corrosão, em que o ferro constitui a base e o crómio é o elemento determinante.
O crómio da superfície reage com o oxigénio para formar uma fina película de óxido rica em crómio, denominada camada passiva, que isola a liga subjacente do ambiente. Quando uma superfície limpa é riscada, a película volta normalmente a formar-se, desde que haja oxigénio presente.
A resistência à corrosão deve-se à própria liga, e não a um revestimento aplicado sobre aço comum. Isso é importante após o corte, a maquinagem ou danos na superfície: um revestimento danificado expõe o metal de base desprotegido, enquanto o aço inoxidável pode repassivar-se quando as condições químicas e ambientais o permitirem.
Esta é a principal diferença entre aço inoxidável e aço ao carbono, mas isso não significa que todos os tipos de aço sejam adequados para a água do mar, ácidos, altas temperaturas ou fendas.
As especificações são mais importantes do que as denominações comerciais. A forma do produto, o tratamento térmico, o acabamento superficial, a norma aplicável para materiais forjados ou fundidos e os resultados dos ensaios exigidos fazem todos parte de uma especificação completa do material. Uma ordem de compra deve indicar a norma e a classe, em vez de uma denominação comercial, como «classe alimentar» ou «classe marítima».
Composição do aço inoxidável
O ferro é o elemento principal, e o crómio confere o comportamento de passivação que caracteriza esta família. Outros elementos ajustam a estrutura, a resistência à corrosão, a resistência mecânica, a dureza e a resposta à conformação e à maquinagem, pelo que dois tipos de aço inoxidável podem diferir significativamente, apesar de ambos se enquadrarem na categoria de aço inoxidável.
O níquel ajuda a estabilizar a austenita e confere a muitas classes de aço tenacidade, ductilidade e moldabilidade. O molibdénio melhora a resistência à corrosão localizada em muitos ambientes que contêm cloretos. O carbono aumenta a resistência e a dureza, mas deve ser equilibrado em relação à formação de carbonetos durante o tratamento térmico. O azoto aumenta a resistência e ajuda a estabilizar a austenita, enquanto o manganês, o silício, o cobre, o titânio e o nióbio desempenham funções mais específicas.
A composição química, por si só, não constitui uma especificação completa. O tipo de material, a forma do produto, o tratamento térmico e o processo de fabrico determinam as propriedades finais; a aparência, os testes de faísca ou um íman não permitem identificar um tipo de material de forma fiável. Se for necessária prova da composição química, especifique um certificado de ensaio do material.
Como é que o aço inoxidável é fabricado?
A produção começa com a adição controlada de sucata de aço inoxidável, sucata de aço, ferro-ligas e outros aditivos de liga, normalmente fundidos num forno de arco elétrico. Os operadores do forno recolhem amostras e calculam a carga, de modo a terem em conta os elementos de liga já presentes na sucata e a adicionarem apenas o que falta.
A massa fundida é, em seguida, refinada. A descarburização com argão e oxigénio é um processo comum que reduz o teor de carbono, limitando simultaneamente a perda de crómio. Segue-se o tratamento na panela de fundição para ajustar a composição, a temperatura e o grau de pureza antes da fundição.
No caso dos produtos forjados, o aço é fundido em placas, tarugos ou lingotes e laminado a quente. As chapas e as bobinas podem ser laminadas a frio para um controlo mais rigoroso da espessura, para aumentar a resistência por trabalho a frio ou para obter uma superfície mais lisa. O recozimento restaura uma estrutura adequada após o trabalho, e a decapagem remove a escama e a camada subjacente empobrecida em crómio. Podem seguir-se operações de endireitamento, corte, esmerilagem, trefilagem, polimento ou recozimento brilhante.
Os componentes em aço inoxidável fundidos seguem um processo diferente. O metal fundido refinado é vertido num molde, em vez de ser laminado em perfis de laminagem; em seguida, a peça fundida é submetida a tratamento térmico, cortada, maquinada, limpa e inspecionada, conforme necessário. Bombas, corpos de válvulas, impulsores e outras formas complexas são frequentemente mais adequadas para a fundição do que para a maquinagem a partir de barras ou chapas.
As classes de fundição não correspondem automaticamente às suas equivalentes mais próximas na categoria de aço forjado.
A soldadura e os trabalhos a quente libertam fumos que requerem controlo: o crómio presente no aço inoxidável pode formar compostos de crómio hexavalente durante a soldadura; por isso, a ventilação, a avaliação da exposição, a seleção correta do material de adição e a proteção individual devem fazer parte do plano de fabrico.
Os principais tipos de aço inoxidável
O aço inoxidável é normalmente classificado de acordo com a sua estrutura à temperatura ambiente. Cinco famílias abrangem a maioria dos tipos comerciais: austenítico, ferrítico, martensítico, duplex e de endurecimento por precipitação. A estrutura interna determina o comportamento mecânico, físico e de resistência à corrosão, pelo que a seleção deve partir das condições de utilização e não do nome de um único tipo.
Para uma visão mais completa Guia sobre tipos e classes de aço inoxidável, incluindo a diferença entre as designações «forjado» e «fundido», consulte o guia do site.
Série 300 austenítica
A série 300 inclui tipos comuns, como o 304 e o 316. Estes combinam resistência à corrosão com boa ductilidade, formabilidade e soldabilidade, razão pela qual são predominantes nas aplicações alimentares, químicas e de engenharia em geral. Os tipos austeníticos recozidos apresentam baixa resposta magnética, embora a transformação a frio possa introduzir algum magnetismo.
Consulte o aço inoxidável austenítico guia relativo à sua estrutura e gama de graus, e o 304 vs 316 comparação quando existem cloretos.
Série 400 ferrítica
As ligas ferríticas, como a 430, são à base de crómio, geralmente com baixo teor de níquel e são magnéticas. São resistentes a muitos ambientes levemente e moderadamente corrosivos e são comuns em eletrodomésticos, acabamentos automóveis e componentes arquitetónicos. Não podem ser endurecidas através do mesmo processo de tratamento térmico que as ligas martensíticas.
Martensítico
As ligas martensíticas, como a 410, podem ser submetidas a têmpera e revenimento para atingirem elevada resistência e dureza, o que as torna adequadas para eixos, peças de válvulas, talheres e ferramentas. A desvantagem é, normalmente, uma resistência à corrosão inferior à das ligas austeníticas comuns e requisitos de soldadura mais rigorosos. A Aço inoxidável 410 Este guia aborda um tipo comum de aço martensítico com mais pormenor.
Duplex
As ligas duplex contêm tanto austenite como ferrite. A estrutura equilibrada proporciona elevada resistência mecânica e uma melhor resistência à fissuração por corrosão sob tensão induzida por cloretos em muitos ambientes, razão pela qual são consideradas em aplicações químicas, de tratamento de água e offshore. O equilíbrio de fases deve ser controlado durante a produção e a soldadura. A aço inoxidável duplex Este guia apresenta as principais famílias de graus.
Endurecimento por precipitação
As ligas de endurecimento por precipitação, como a 17-4 PH, combinam elevada resistência com boa tenacidade através do tratamento de solução e do envelhecimento. São utilizadas em fixadores aeroespaciais, eixos, molas e peças de alta pressão, onde são necessárias tanto a resistência como a resistência à corrosão.
Vantagens e limitações
A principal vantagem do aço inoxidável é a resistência à corrosão, que pode ser ajustada através da composição da liga. Oferece ainda resistência mecânica em altas e baixas temperaturas, superfícies fáceis de limpar, uma variedade de acabamentos e total reciclabilidade, uma vez que a sucata pode ser refundida em novo aço inoxidável sem perder o valor dos seus elementos de liga.
Os limites são reais. O aço inoxidável não é à prova de corrosão: os cloretos podem causar corrosão por pite e corrosão em fendas, especialmente em locais onde os depósitos ou juntas apertadas limitam o acesso do oxigénio, e a contaminação proveniente de ferramentas de aço ao carbono pode deixar ferrugem na superfície. Ver por que é que o aço inoxidável ainda pode enferrujar para as principais vias de falha.
O custo é outro fator a ter em conta. As ligas austeníticas sofrem endurecimento por deformação durante a maquinagem, e a soldadura requer um material de adição compatível e um aporte de calor controlado; por isso, o comportamento durante o fabrico deve ser tido em conta na análise de seleção.
Aplicações do aço inoxidável
Os engenheiros optam pelo aço inoxidável quando é necessário combinar a resistência à corrosão com a resistência mecânica, a facilidade de limpeza, a resistência ao calor, a aparência ou uma longa vida útil. As aplicações típicas incluem:
- Equipamento para alimentos e bebidas, incluindo tanques, tubagens, misturadores, válvulas e sistemas de transporte.
- Instalações químicas e de processo, nas quais as bombas, os corpos das válvulas, as tubagens, os reservatórios e os permutadores de calor são selecionados em função do meio real.
- Dispositivos médicos e farmacêuticos que requerem superfícies que possam ser limpas e esterilizadas, bem como especificações controladas dos materiais.
- Arquitetura e infraestruturas, incluindo revestimentos, corrimãos, elementos de fixação, vergalhões e componentes do sistema de abastecimento de água.
- Transportes e energia, desde peças de escape e equipamento ferroviário até à produção de energia e aplicações criogénicas ou a altas temperaturas.
- Componentes em aço inoxidável fundidos, tais como corpos de bombas complexos, impulsores, peças de válvulas e caixas, cuja geometria se presta à fundição com forma quase final.
Fundição MinHe – Peças fundidas em aço inoxidável à medida
Se a sua peça necessitar de um tipo de aço inoxidável fundido, envie o desenho, as condições de utilização e a norma exigida para os nossos engenheiros. A equipa da fundição pode comparar as opções austeníticas, ferríticas, martensíticas, duplex e de endurecimento por precipitação com as condições reais do ambiente antes de se iniciar a produção das ferramentas.
Confirmar os requisitos relativos à qualidade, ao tratamento térmico e à inspeção na fase de elaboração do orçamento é muito mais económico do que corrigi-los após a fundição; é aqui que uma especificação clara compensa, traduzindo-se em menos rejeições e numa entrega mais rápida.
