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 ângulo de vértice da rede de austenita e o centro dos seis lados do cubo de ferro, carbono e nitrogênio estão localizados na lacuna entre os átomos da rede (posição da lacuna) devido ao pequeno volume , produzem grande deformação na rede, portanto, tornem-se elementos de endurecimento eficazes. Diferentes elementos de liga têm diferentes efeitos 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 “livre de ferrugem”. É necessário pelo menos 10.5% de cromo para formar a película de passivação de superfície característica 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 é aumentada. O conteúdo de cromo de 304 o aço inoxidável é de 18% e alguns aços inoxidáveis ​​austeníticos de alto grau têm um teor de cromo de 20% a 28%.

 

Ni

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 o níquel é adicionado para manter a estrutura austenítica quando mais cromo ou outros elementos formadores de ferrite são adicionados ao aço. A estrutura de austenita pode ser garantida por cerca de 20% de teor de níquel, e a resistência à fratura por corrosão sob tensão do aço inoxidável pode ser muito melhorada.

O níquel também pode reduzir a taxa de endurecimento por trabalho durante a deformação a frio, de modo que as ligas usadas para repuxo profundo, fiação e repuxo a frio geralmente têm um alto teor de níquel.

 

Mo

O molibdênio melhora a resistência à corrosão por pite e fenda 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 pite e fissura. 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 mais alto teor de liga contêm até 7.5% de molibdênio. O molibdênio contribui para a formação da fase de ferrita e afeta o equilíbrio de fases. Ele está envolvido na formação de várias fases secundárias nocivas e formará óxidos instáveis ​​em alta temperatura, terá 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 caldeira, mas em alguns casos pode ter um efeito prejudicial na resistência à corrosão. O teor de carbono da maioria dos aços inoxidáveis ​​austeníticos 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 alguns graus de alta liga de alto desempenho é limitado a 0.020%.

 

N

O nitrogênio estabiliza e fortalece a fase de austenita e retarda a sensibilização do carboneto e a formação da fase secundária. Os aços inoxidáveis ​​austeníticos padrão e 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 fendas, portanto, alguns dos melhores aços inoxidáveis ​​austeníticos de alto desempenho e resistentes à corrosão têm um teor de nitrogênio de até 0.5%.

 

Mn

As usinas 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 em ácidos redutores, 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 de ácido concentrado e de alta oxidação. É relatado que o UNS S30600 e outros aços inoxidáveis ​​especiais com alto teor de silício têm alta resistência à corrosão por pite. O silício, como o manganês, também pode ser usado para desoxidar o aço fundido, portanto, 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 fortes elementos formadores de carboneto e podem ser usados ​​no lugar dos graus 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 321 aços inoxidáveis ​​contendo Nb e Ti são comumente usados ​​em caldeiras e equipamentos de refino para atender aos requisitos de resistência a altas temperaturas e soldabilidade. Eles também são usados ​​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 prejuízo é reduzir a trabalhabilidade térmica, aumentar o número de inclusão de sulfeto de manganês, resultando em resistência à corrosão por pite do aço inoxidável reduzida. O aço inoxidável austenítico de alto grau não é um processo fácil de aquecer, então o teor de enxofre deve ser controlado no nível mais baixo possível, cerca de 0.001%. O enxofre não é normalmente 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 solda de soldagem de autofusão, melhorar o desempenho de corte.

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