Como o elemento de liga afeta o aço inoxidável?

A composição química tem grande influência na microestrutura, propriedades mecânicas, propriedades físicas e resistência à corrosão do aço. Cromo, molibdênio, níquel e outros elementos de liga podem substituir o vértice Ângulo da rede de austenita e o centro dos seis lados do cubo ferro, carbono e nitrogênio estão localizados na lacuna entre os átomos da rede (posição de lacuna) devido ao pequeno volume , produzem enorme tensão na rede, tornando-se elementos de endurecimento eficazes. Diferentes elementos de liga têm efeitos diferentes nas propriedades do aço, às vezes benéficos e às vezes prejudiciais. Os principais elementos de liga do aço inoxidável austenítico têm os seguintes efeitos:

 

Cr

O cromo é um elemento de liga que torna o aço inoxidável “isento de ferrugem”. É necessário pelo menos 10,5% de cromo para formar o filme de passivação de superfície característico do aço inoxidável. O filme de passivação pode fazer com que o aço inoxidável resista efetivamente à água corrosiva, a uma variedade de soluções ácidas e até mesmo à forte oxidação da corrosão por gás em alta temperatura. Quando o teor de cromo excede 10,5%, a resistência à corrosão do aço inoxidável aumenta. O teor de cromo de 304 o aço inoxidável é 18%, e alguns aços inoxidáveis austeníticos de alta qualidade têm teor de cromo tão alto quanto 20% a 28%.

 

Não

O níquel pode formar e estabilizar a fase austenítica. 8%Ni faz aço inoxidável 304, conferindo-lhe as propriedades mecânicas, resistência e tenacidade exigidas pela austenita. Os aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho contêm altas concentrações de cromo e molibdênio, e níquel é adicionado para manter a estrutura austenítica quando mais cromo ou outros elementos formadores de ferrita são adicionados ao aço. A estrutura de austenita pode ser garantida por um teor de níquel de cerca de 20%, e a resistência à fratura por corrosão sob tensão do aço inoxidável pode ser bastante melhorada.

O níquel também pode reduzir a taxa de endurecimento durante a deformação a frio, de modo que as ligas usadas para estampagem profunda, fiação e encabeçamento a frio geralmente têm um alto teor de níquel.

 

Mo

O molibdênio melhora a resistência à corrosão por pites e frestas do aço inoxidável em um ambiente de cloreto. A combinação de molibdênio e cromo, especialmente nitrogênio, faz com que o aço inoxidável austenítico de alto desempenho tenha forte resistência à corrosão por pites e frestas. O Mo também pode melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável em ambientes redutores, como ácido clorídrico e ácido sulfúrico diluído. O teor mínimo de molibdênio do aço inoxidável austenítico é de cerca de 2%, como o aço inoxidável 316. Os aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho com o maior teor de liga contêm até 7,5% de molibdênio. O molibdênio contribui para a formação da fase ferrita e afeta o equilíbrio das fases. Está envolvido na formação de diversas fases secundárias prejudiciais e formará óxidos instáveis em alta temperatura, tendo um impacto negativo na resistência à oxidação em alta temperatura, o uso de aço inoxidável contendo molibdênio deve ser levado em consideração.

 

C

O carbono estabiliza e fortalece a fase austenítica. O carbono é um elemento benéfico para o aço inoxidável usado em ambientes de alta temperatura, como tubos de caldeiras, mas em alguns casos pode ter um efeito prejudicial na resistência à corrosão. O teor de carbono da maior parte do aço inoxidável austenítico é geralmente limitado ao nível mais baixo praticável. O teor de carbono dos graus de soldagem (304L, 201L e 316L) é limitado a 0,030%. O teor de carbono de algumas classes de alta liga e alto desempenho é limitado até mesmo a 0,020%.

 

N

O nitrogênio estabiliza e fortalece a fase Austenita e retarda a sensibilização do carboneto e a formação da fase secundária. Tanto os aços inoxidáveis austeníticos padrão quanto os aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho contêm nitrogênio. No grau de baixo carbono (L), uma pequena quantidade de nitrogênio (até 0,1%) pode compensar a perda de resistência devido ao baixo teor de carbono. O nitrogênio também ajuda a melhorar a resistência à corrosão por picadas de cloreto e à corrosão em frestas, portanto, alguns dos melhores aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho e resistentes à corrosão têm teor de nitrogênio tão alto quanto 0,5%.

 

Mn

As siderúrgicas usam manganês para desoxidar o aço fundido, portanto, uma pequena quantidade de manganês permanece em todo o aço inoxidável. O manganês também pode estabilizar a fase austenítica e melhorar a solubilidade do nitrogênio no aço inoxidável. Portanto, no aço inoxidável da série 200, o manganês pode ser usado para substituir parte do níquel para aumentar o teor de nitrogênio, melhorar a resistência e a resistência à corrosão. O manganês é adicionado a alguns aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho para obter o mesmo efeito.

 

Cu

O cobre pode melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável na redução de ácidos, como algumas soluções mistas de ácido sulfúrico e fosfórico.

 

Si

Em geral, o silício é um elemento benéfico no aço inoxidável austenítico porque pode melhorar a resistência à corrosão do aço em ambientes ácidos concentrados e de alta oxidação. É relatado que UNS S30600 e outros aços inoxidáveis especiais com alto teor de silício têm alta resistência à corrosão por pites. O silício, assim como o manganês, também pode ser usado para desoxidar o aço fundido, de modo que pequenas inclusões de óxido contendo silício, manganês e outros elementos desoxidantes sempre permanecem no aço. Mas muitas inclusões afetarão a qualidade da superfície do produto.

 

Nb e Ti

Esses dois elementos são elementos formadores de carboneto fortes e podem ser usados no lugar de classes de baixo carbono para mitigar a sensibilização. O carboneto de nióbio e o carboneto de titânio podem melhorar a resistência a altas temperaturas. 347 e os aços inoxidáveis 321 contendo Nb e Ti são comumente usados em caldeiras e equipamentos de refino para atender aos requisitos de resistência a altas temperaturas e soldabilidade. Também são utilizados em alguns processos de desoxidação como elementos residuais em aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho.

 

S e P

O enxofre é bom e ruim para o aço inoxidável. Pode melhorar o desempenho da usinagem, o dano é reduzir a trabalhabilidade térmica, aumentar o número de inclusão de sulfeto de manganês, resultando na redução da resistência à corrosão por pites do aço inoxidável. O aço inoxidável austenítico de alta qualidade não é fácil de processar por aquecimento, portanto, o teor de enxofre deve ser controlado no nível mais baixo possível, cerca de 0,001%. O enxofre normalmente não é adicionado como elemento de liga aos aços inoxidáveis austeníticos de alto desempenho. No entanto, o teor de enxofre do aço inoxidável de grau padrão é frequentemente alto (0,005% ~ 0,017%), a fim de melhorar a profundidade de penetração da soldagem por autofusão e melhorar o desempenho de corte.

O fósforo é um elemento prejudicial e pode afetar adversamente as propriedades de trabalho a quente do forjamento e da laminação a quente. No processo de resfriamento após a soldagem, também promoverá a ocorrência de trincas térmicas. Portanto, o teor de fósforo deve ser controlado a um nível mínimo.