AÇOS RESISTENTES À CORROSÃO 1. Introdução

A perda de peças metálicas por ação da corrosão tem preocupado engenheiros e metalurgistas que procuram constantemente n só aperfeiçoar ou desenvolver novos métodos de proteção, como também aperfeiçoar ou criar novas ligas que apresentem o característico de resistência à corrosão.

A corrosão pode ser considerada como um ataque gradual e contínuo de metal por parte do meio circunvizinho, que pode ser a atmosfera mais ou menos contaminada das cidades, ou em meio químico, líquido ou gasoso. Como resultado de reações químicas entre os metais e elementos não-metálicos contidos nesses meios, tem-se mudança gradual num composto ou em vários compostos químicos, que são geralmente óxidos ou sais.

Admite-se que a corrosão n passa de uma forma de atividade química ou, mais precisamente, eletroquímica. A velocidade do ataque e sua extensão dependem n só da natureza do meio circunvizinho, como igualmente do tipo do metal ou liga sofrendo a ação corrosiva.

Quando um metal n corrói, admite-se que se produz alguma reação química entre ele e o meio que o circunda, com a formação de uma camada fina, a qual adere à superfície metálica e é aí mantida por forças atômicas. Se, por qualquer motivo, essa camada protetora for destruída momentaneamente, ela será instantaneamente restabelecida e a lesão o metal é, por assim dizer, automaticamente sanada.

Em resumo, a maioria dos metais nos meios comuns é instável, tendendo a reverter a formas mais estáveis (das quais os minérios encontrados na natureza são exemplos comuns).

O tipo de corrosão mais comum é a atmosférica. Por outro lado, como a corrosão do ferro é a mais importante, será feito a seguir um apanhado sucinto dos fenômenos que levam à destruição, por corrosão, desse metal.

A teoria mais simples e aceita para explicar a corrosão do ferro é a eletrolítica: - o ferro está colocado acima do hidrogênio na tabela dos potenciais eletroquímicos; - portanto, pode deslocar os átomos de hidrogênio da água; - tal se dá pelo envio de íons de ferro (Fe++) em solução na água, deslocando os íons

de hidrogênio (H+) da água; - logo, a camada de água circundando o objeto de ferro contém íons Fe++ e íons 20H-

ou seja, Fe(OH)2 dissociado em considerável concentração; - se o oxigênio do ar for admitido nesta camada — por difusão através da água —

forma-se Fe(OH)3; - este é menos solúvel que o Fe(OH)2 e precipita de acordo com a reação 2Fe(OH)3 - FeO3 + 3H2O como um depósito marrom; - em resumo, o Fe(OH)3 passa gradualmente a Fe2O3 conhecido comumente com o

nome de ferrugem. Os meios corrosivos são inúmeros e a respeito dos mais comuns cabem os seguintes

comentários:

1.1. Corrosão atmosférica Admite-se que, nas áreas urbanas, os principais agentes corrosivos existentes na atmosfera

são os óxidos sulfurosos gasosos que se originam de combustíveis fósseis de veículos, indústrias e, eventualmente, usinas termoelétricas a carvão mineral. Nas áreas costeiras, atuam como meio corrosivo as partículas de água salgada transportadas pelo ar.

A intensidade da corrosão depende, por outro lado, das condições climáticas, em face do fato de que os climas que prevalecem no mundo, nas suas diversas regiões, incluem condições de clima seco, clima tropical chuvoso, clima úmido, clima polar, etc., que atuam de modo diferente no comportamento do material perante a ação corrosiva.

Na ausência de dados brasileiros, serão apresentados, por intermédio da Tabela 69(176) alguns dados americanos, que demonstram a influência das condições ambientais sobre a velocidade de corrosão de aço-carbono.

Em ambiente tropical, a Tabela que se segue apresenta dados adicionais, que permitem

avaliar o efeito positivo do abrigo no sentido de diminuir a velocidade de corrosão.

Corrosão de aço carbono em ambiente tropical Velocidade de Corrosão, µm / ano

Tipo de ambiente Exposto, depois de 6 meses.

Exposto, depois de 24 meses.

Abrigado, depois de 20 meses

82,0 42,0 4,6 121,0 119,0 4,1

Urbano, industrial. Marítimo Floresta 12,0 4,3 3,3

Outros dados obtidos em ensaios realizados por especialistas americanos comprovam que a corrosão atmosférica é função mais da composição do material do que da espessura dos corpos de prova utilizados. Assim, à medida que o teor de ligas introduzidas no aço é aumentado, a velocidade de corrosão em ambientes industriais e rurais decresce mais rapidamente; por exemplo, aço-carbono exige cerca de cinco anos para que a velocidade de corrosão se estabilize, ao passo que essa estabilização em aços com cobre ocorre em três anos e nos aços de baixo teor em liga e alta resistência, ela ocorre em cerca de dois anos.

Um pequeno acréscimo de cobre — de 0,01 para 0,04% — já provoca uma grande mudança do comportamento do material em relação à resistência à corrosão; do mesmo modo atua o níquel, ria ausência do cobre; cromo só é eficiente, na presença do cobre.

Para combater a corrosão atmosférica, os processos mais econômicos incluem não só a adição, acima citada, de pequenos teores de alguns elementos de liga, como a pintura, aplicada em peças bem limpas e protegidas com uma primeira camada de recobrimento. A galvanização é igualmente empregada como meio protetor relativamente econômico. 1.2. Corrosão no solo

Admite-se que, em estruturas enterradas, a corrosão é devida ao baixo pH, a correntes parasitas, à baixa resistividade e à ação de bactérias (177). Contudo, também no caso do solo, a água e o oxigênio são considerados fatores fundamentais. Alguns pesquisadores admitem que quando o pH estiver na faixa de 5 a 9. Este fator não é importante no sentido de afetar a velocidade

de corrosão. Nesse caso, somente a resistividade do solo e a concentração de oxigênio seriam críticas.

Do mesmo modo, a corrosão por aeração diferencial pode acelerar a corrosão. Esse tipo de diferenciação pode ocorrer, por exemplo, quando uma canalização atravessa dois solos que se distinguem pela permeabilidade ao oxigênio. Nesse caso, origina-se uma cor rente galvânica da superfície da canalização com menor aeração (anódica), através do solo, em direção à superfície com maior aeração.

Os solos mais corrosivos são os que contêm grandes concentrações de sais solúveis que, pela sua presença, apresentam alta condutibilidade elétrica, ou seja, baixa resistividade.

A ação de bactérias é considerada como a responsável por mais de 50% de todas as falhas que ocorrem em metais enterrados.

Para combater a ação corrosiva em aço enterrado, considera-se que a prática mais eficiente e econômica consiste na aplicação de proteção catódica, em que se aplica corrente de retificadores e corrente de anodos, sacrificados isoladamente ou em conjunto com revestimentos orgânicos.

1.3. Corrosão em água doce

Água doce inclui águas, poluídas ou não, de rios, lagos, represas, poços etc. Nesse meio, os fatores mais importantes no sentido de acelerar a velocidade de corrosão são representados por gases dissolvidos na água. O oxigênio age não somente por si só, como igualmente acelera a ação do dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e de outros gases sólidos dissolvidos na água. O dióxido de carbono atua porque é grandemente solúvel na água e possui grande reatividade química como esta. O sulfeto de hidrogênio é elemento corrosivo importante, mesmo na ausência de oxigênio. No ferro fundido, por exemplo, esse sulfeto produz a chamada corrosão grafítica. Em águas doces naturais, o efeito do pH entre 4,5 e 9,5 é mínimo.

Em relação aos sais dissolvidos na água, os efeitos das soluções concentradas sobre a velocidade de corrosão são menores que os de soluções diluídas, porque a maioria dos sais dissolvidos na água tende a diminuir a solubilidade tanto do oxigênio, como do hidróxido de ferro Para prevenir a corrosão em água doce, os métodos mais eficientes são: galvanização, em tubos e tanques para água potável; eventualmente para aquecedores de água quente, revestimento à base de vidro, com anodos de magnésio para proteção catódica dos poros e dos dispositivos diversos do aparelho; revestimentos orgânicos, nas superfícies internas de tanques de água fria e inibidora em conjunção com fungicidas, em sistemas de resfriamento por onde circula a água. 1.4. Corrosão em água salgada.

A água salgada consiste numa solução relativamente uniforme principalmente de cloreto de sódio e magnésio em água.Esses são os principais agentes corrosivos desse meio, embora muitos outros minerais se encontrem dissolvidos na água.

As duas primeiras Tabelas que se seguem, apresentam as velocidades de corrosão típicas em água salgada e em água salgada de regiões tropicais, em comparação com a água doce.

As medidas preventivas mais econômicas e eficientes para atenuar a corrosão em água salgada incluem aplicação de revestimentos orgânicos, em conjunção com proteção catódica. Inibidores são igualmente utilizados.

Finalmente, a terceira Tabela que se segue apresenta uma espécie de guia para proteção de aço-carbono em alguns ambientes.

2. Princípios de proteção à corrosão.

Geralmente a proteção contra a corrosão é feita criando-se sobre a superfície do metal uma película protetora que separa o metal base do meio corrosivo. Essa película protetora pode ser criada artificialmente, mediante depósito propositado de uma outra substância — metálica ou orgânica — sobre a superfície do metal a proteger, ou naturalmente, isto é, pela produção espontânea da película superficial, através da formação de uns compostos químicos, mantidos sobre a superfície metálica por forças atômicas, como se mencionou, composto esse que resulta da reação de certos elementos de liga introduzidos no metal com o meio circunvizinho.

Chama-se “passividade” a propriedade típica de certos metais e ligas metálicas que permanecerem inalterados no meio circunvizinho. A origem da passividade desses metais é ainda hoje objeto de discussão. A teoria original e ainda aceita por muitos é justamente a que liga a inalterabilidade adquirida pelo material sujeito à ação do meio corrosivo à formação de uma “camada ou película de óxido”, no momento que o mesmo for exposto àquele meio.

Além do mecanismo da formação de uma película de óxido para explicar a resistência à corrosão, Outros dois mecanismos têm sido recentemente propostos:

— absorção de gás oxigênio por átomos de cromo na camada superficial dos aços contendo esse elemento de liga (que como se verá é o mais importante nos aços resistentes à corrosão);

— criação de uma distribuição favorável de elétrons entre o ferro e o cromo, auxiliada pela absorção do oxigênio e prejudicada por hidrogênio.

O primeiro mecanismo — formação da película de óxido — ainda é o mais aceito. De qualquer modo, a presença da película superficial de cromo — de espessura inferior a dois centésimos de mícron é indispensável para conferir resistência à corrosão. A concentração de cromo nesta película é maior que a do metal e tanto a espessura da película como o seu teor em cromo aumenta à medida que se melhora o polimento superficial.

Concluem-se, como, aliás, se observa na prática, que quanto melhor o polimento superficial, tanto melhor será a resistência à corrosão dos aços.

O ferro ou o aço-carbono não se caracteriza normalmente por serem “passivos”; entretanto, a condição de passividade pode ser-lhes conferida, em grau maior ou menor, pela introdução de elementos de liga.

Poder-se-ia esperar que os elementos nobres como ouro, prata e platina, seriam de grande utilidade nesse sentido, quando ligados ao ferro. Até o momento, entretanto, esses elementos n apresentaram boas possibilidades práticas.

Os mais importantes metais no sentido de ligar-se ao ferro em condições econômicas para formar as películas protetoras discutidas acima são na realidade, relativamente poucos, e incluem o cromo, o níquel e, em menor grau, o cobre, o silício, o molibdênio e o alumínio.

3. Contribuição do cromo O cromo é de fato, o elemento mais importante e quando usado em elevados teores — acima

de 10% — é o mais eficiente de todos, na maio ria das condições, embora os aços ao cromo e ao cromo-níquel n sejam resistentes em certos meios, como ácido clorídrico.

Parece que nenhum dos elementos citados, a sós ou combinados, em teores abaixo de 1% retarda materialmente a corrosão, com exceção do cobre que já em teores de 0,2% retarda definitivamente a corrosão atmosférica melhorando a resistência dos aços à corro s atmosférica de três a cinco vezes em relação aos aços sem cobre.

De qualquer modo, o cromo é o elemento essencial, podendo-se dizer que a ciência dos aços inoxidáveis é a ciência do cromo como elemento de liga no ferro.

O papel do cromo como elemento protetor à corrosão está ilustrado no gráfico da figura 135(182), onde se observa que, numa atmosfera industrial, o aço, à medida que o seu teor em cromo aumenta, passa de um metal de grande corrosibilidade a um metal praticamente indestrutível pela corrosão.

A temperaturas elevadas, nota-se também o mesmo fato, isto é, à medida que au menta o teor de cromo, diminui a tendência à oxidação. Passa-se assim dos aços simples mente inoxidáveis aos aços resistentes ao calor, que serão objeto de estudo no próximo capítulo e que se caracterizam por apresentarem não só resistência à oxidação a elevadas temperaturas de serviço, como também razoável resistência mecânica nessas temperaturas.

O gráfico da figura 136(182) ilustra o efeito do cromo na resistência do aço à oxida ção a altas temperaturas. Verifica-se que o efeito mais positivo do cromo, neste caso, só se’desenvolve quando o seu teor está acima de 20%.

O gráfico da figura 137(182) ilustra o fenômeno da passividade medido pela velocidade de ataque de ligas Fe-Cr por ácido nítrico a 33%. As três curvas representam ensaios a três temperaturas diferentes. Enquanto é mais difícil resistir a ácido quente, a velocidade do ataque químico a qualquer temperatura cai repentinamente a valor praticamente desprezível quando o teor de cromo excede 12%.

Em resumo:

— o cromo é capaz de assegurar-se o oxigênio para manter uma camada impermeável de oxigênio ou de óxido, a qual é extremamente estável;

— esta camada, embora invisível, é contínua e, em meios oxidantes, possui uma pressão de solução tão baixa que concede ao metal um comportamento nobre;

— esta propriedade do cromo é possuída também por certas de suas ligas com o ferro;

— a película Cr-O é, entretanto, removida pela HCI e o metal, uma vez desprovido da película protetora, é menos nobre que o ferro.

4. Fatores de que depende a passividade dos aços resistentes à corrosão.

A passividade dos aços resistentes à corrosão depende essencialmente dos seguintes fatores:

a) composição química; b) condições de oxidação; c) suscetibilidade à corrosão localizada (“pitting”); d) suscetibilidade à corrosão intergranular; e) outros.

4.1. Outros fatores de que depende a passividade dos aços resistentes à corrosão.

a) condições da superfície; b) fissura c) fenômenos de natureza galvânica (corrosão galvânica); d) tensões (corrosão sob tensão).

Como complemento das considerações até aqui feitas, podemos fazer as seguintes

generalizações: a) a resistência à corrosão depende da passividade; b) o cromo é o elemento básico para conferir passividade aos aços; c) condições fortemente redutoras, ou seja, ausência de condições oxidantes, causam

suscetibilidade ao ataque corrosivo; d) condições fortemente oxidantes promovem extraordinária resistência ao ataque; e) e (on cloro é destrutivo em relação aos aços-cromo; f) o níquel além de melhorar as propriedades mecânicas dos inoxidáveis, melhora sua

resistência à corrosão em soluções neutras de cloretos e ácidos de baixa capacidade de oxidação;

g) o molibdênio aumenta a faixa de passividade dos aços inoxidáveis e melhora sua resistência

à corrosão em ácidos sulfúrico e sulfuroso quentes, em soluções neutras de cloretos, como água do mar;

h) o ataque intergranular dos aços níquel-cromo, fenômeno típico nesses tipos de aços inoxidáveis, é evitado por baixos teores de carbono, tratamento térmico adequado ou introdução de titânio e nióbio.

5. Classificação e constituição dos aços inoxidáveis.

A classificação mais simples e mais usada dos aços inoxidáveis é baseada na microestrutura que apresentam à temperatura ambiente, Nessas condições, são considerados os três grupos seguintes: I — Aços Inoxidáveis Martensíticos — ou endurecíveis. II — Aços Inoxidáveis Ferríticos — não endurecíveis. II — Aços Inoxidáveis Austeníticos — também não endurecíveis. Aços inoxidáveis martensíticos.

Estes aços caracterizam-se por serem aços-cromo, contendo cromo entre 11,5% e 18,0%; eles tornam-se martensíticos e endurecem pela têmpera. Dentro desse grupo podem ser ainda consideradas três classes:

a) baixo carbono, também chamado tipo “turbina”; b) médio carbono, também chamado tipo “cutelaria”; c) alto carbono, também chamado tipo “resistente ao desgaste”

Esses aços estão todos incluídos na classificação AISI que considera os tipos indica dos na Tabela 74.

Os característicos mais importantes desses aços são os seguintes: — são ferro-magnético;

— podem facilmente ser trabalhados, tanto a quente quanto a frio, sobretudo quando o teor de carbono for baixo;

— apresentam boa resistência à corrosão quando expostos ao tempo, à ação da água e de certas substâncias químicas; à medida que aumenta o teor de carbono, fica prejudicada a resistência à corrosão, o que, entretanto, é compensado pelo maior teor de cromo;

— normalmente, não são suscetíveis à precipitação de carbonetos nos contornos dos grãos;

— o níquel melhora a sua resistência à corrosão; o melhor aço inoxidável martensítico, sob o ponto de vista de resistência à corrosão, é 0431, devido ao baixo carbono, alto cromo e presença de níquel;

— a têmpera também melhora a resistência à corrosão, pois contribui para evitar a possibilidade de precipitação de carbonetos.

A Tabela 75 mostra as temperaturas recomendadas para têmpera e alívio de tensões desses

aços, com as propriedades mecânicas médias resultantes. A esse respeito, podem ser feitos os seguintes comentários:

— todos os aços inoxidáveis martensíticos são temperados e devido a alta temperabilidade conferida pelo alto teor de cromo podem, geralmente, ser esfriados ao ar; alguns são esfriados em óleo ou em água (carbono mais baixo);

— após a têmpera, aplica-se um revenido a baixa temperatura — geralmente entre 1500C e 4 — que constitui mais um alívio de tensões, pois não afeta de modo significativo as propriedades mecânicas, além de pouco favorecer a possível precipitação de carbonetos;

— o revenido propriamente dito aplica-se aos aços de carbono mais baixo e é realizado entre 550°C e 750°C, de 1 a 4 horas, dependendo das alterações desejadas nas propriedades mecânicas; deve-se procurar evitar a faixa entre 4800C e 6000C(192), pois, do contrário, tanto a tenacidade como a resistência à corrosão são afetadas;

— para completa recuperação das propriedades no estado recozido, faz-se recozimento na faixa de temperaturas de 7250C a 91 50C.

A figura 151 mostra o efeito do revenido sobre a resistência ao ataque em solução normal de

ácido nítrico de aço inoxidável martensítico tipo “cutelaria”. O gráfico mostra como a perda em peso pelo ataque por parte de ácido nítrico diluído aumenta em vários aços temperados de temperaturas diferentes quando são revenidos a diferentes temperaturas durante uma hora. A melhora gradual da resistência à corrosão em função da temperatura de têmpera é evidente. O estudo foi realizado em aço com 17,4% de cromo e 0,77% de carbono. A explicação aparente do fenômeno é a seguinte: a martensita, sendo uma solução grandemente supersaturada de carbono, sofre uma precipitação de carboneto, quando ao aço for reaquecido após a têmpera; esse carboneto é muito, rico em cromo.

O aço, que exige que todo o cromo fique em solução, perderá, em conseqüência, resistência à corrosão. O revenido deverá, pois, ser aplicado com rigoroso controle. O gráfico da figura 151 mostra, em resumo, dois fatos importantes:

— maiores temperaturas de têmpera melhoram a resistência à corrosão do aço;

— à -medida que aumenta a temperatura de revenido, a resistência à corrosão diminui, devido à mencionada precipitação de carbonetos ricos em cromo de martensita.

Um outro fato que deve ser mencionado, em relação aos aços inoxidáveis martensíticos, diz

respeito ao fenômeno denominado “fragilidade pelo hidrogênio”, o qual pode ocorrer nesses aços quando a sua dureza e o seu carbono s elevados. Essa fragilidade pode ser adquirida durante o processo de fusão do aço, ou durante o seu tratamento térmico devido à atmosfera usada, ou durante os tratamentos que (micos ou eletroquímicos como decapagem ou eletrodeposição que eventualmente sejam empregados nesses aços. A prevenção é a melhor maneira de eliminar esse inconveniente, o qual, por outro lado, pode ser atenuado por um aquecimento do aço, sob essa condição de fragilidade, a uma temperatura no máximo igual a 4000C, às vezes da ordem de apenas l000˚C.

Além do níquel, outras adições que podem ser feitas nesses aços ao cromo s as seguintes:

— titânio — que diminui a tendência ao crescimento dos grãos e aumenta a soldabilidade; no mesmo sentido, atua o nióbio;

— molibdênio — que, entre 1 a 2%, aumenta sensivelmente a resistência à ação de ácidos diluídos, ácidos orgânicos etc.

— alumínio — que aparentemente diminui o crescimento de grão, a altas temperaturas.

Uma composição característica com molibdênio e vanádio é a seguinte:

C Si Mn Cr Ni Mo V 0,25% 0,50% 0,50% 12,50% 0,50% 1,00% 0,30%

Esse aço, temperado a partir de 1010˚C, durante 15 minutos, revenido a 480˚C durante 4

horas, apresenta as seguintes propriedades mecânicas: Limite de resistência à tração — 180 kgf/mm2 Limite de escoamento — 145 kgf/mm2 Alongamento — 10%.

6.1. Aplicações dos aços inoxidáveis martensíticos. A Tabela 74 resume as principais aplicações desses tipos de aços. Os de baixo carbono —

“tipo turbina” — são utilizados pelas suas boas propriedades mecânicas e resistência à corrosão relativamente elevada; os tipos de médio carbono — “cutelaria” — são empregados onde se deseja uma dureza satisfatória aliada a razoável ductilidade; os tipos de alto carbono — “cutelaria e resistentes ao desgaste” são utilizados devido a sua alta dureza, a qual, entretanto, é conseguida com sacrifício da ductilidade.

Especificamente, as principais aplicações dos aços inoxidáveis martensíticos são as seguintes:

— Tipo 403 - lâminas forjadas ou usinadas de turbinas e compressores e outras peças que estão destinadas a suportar em serviço tensões elevadas, como válvulas, anéis de segmento para motores a jato etc.

— Tipos 410 e 414 - no estado temperado, em assentos de válvula, carcaças de bombas, eixos, e hélices de bombas, peças de motores a jato, parafusos e porcas, peças de fornos e aplicações para resistência ao calor até 7500C; no estado recozido, na forma de chapas ou tiras, em reservatórios para indústria de petróleo, em aparelhos de cozinha e aplicações semelhantes.

— Tipo 416 - de usinagem fácil, em parafusos, porcas, hastes de válvulas, etc; modificação do 410.

— Tipo 431 - peças de bombas, esteiras transportadoras, eixos de hélices marítimas, peças para maquinário da indústria de laticínios, peças para aviões, etc.

— Tipo 420 — cutelaria, assentos de válvulas, molas temperadas, instrumentos cirúrgicos e dentários, mancais de esferas resistentes à corrosão, etc.

— Tipos 440A, 4408 e 440C — instrumentos cirúrgicos, cutelaria, mancais antifricção, molas temperadas e aplicações em que se exige alta dureza e satisfatória resistência à corrosão.

7. Aços inoxidáveis ferríticos

Neste grupo, o cromo é ainda o principal elemento de liga. O teor deste elemento pode, neste caso, superar o máximo verificado nos aços martensíticos e como o carbono não ultrapassa 0,35% (valor já considerado excepcional), a austenita fica inteiramente eliminada.

A estrutura desses tipos de aço, à temperatura ambiente, com qualquer velocidade de resfriamento, é sempre ferrítica e esses aços inoxidáveis são também chamados não endurecíveis.

A Tabela 76 dá os principais tipos e algumas de suas aplicações mais importantes. Os tipos 405 e 409 são os de cromo mais baixo. A estrutura ferrítica é no 405 garantida pela

adição de alumínio que, como se sabe, é poderoso estabilizador da ferrita. Nesse tipo, a quantidade de alumínio adicionada é suficiente para evitar a formação de quantidade apreciável de austenita, quando o aço é aquecido a altas temperaturas. Esse fato tem grande importância e significado nas operações de soldagem, as quais podem ser feitas normalmente, sem que haja formação de martensita próximo à zona soldada, o que exigiria um recozimento posterior.

O tipo 430 é o mais usado, devido a sua grande resistência à ação de ácidos, sobre tudo o nítrico e ácidos orgânicos e à ação da água do mar. Esse é o único tipo de aço do grupo ferrítico que não é inteiramente ferrítico, podendo por resfriamento rápido sofrer um ligeiro endurecimento. Entretanto, nesse aço como nos outros tipos do mesmo grupo, o tratamento térmico usual é o

recozimento para alívio de tensões e obtenção da máxima ductilidade. A adição de enxofre, fósforo ou selênio, dando origem ao tipo 430F, melhora a sua usinabilidade.

Os tipos 442 e 443 possuem melhor resistência à corrosão que os anteriores. A adição de cobre, tipo 443, melhora a resistência ao ataque pelo ácido sulfúrico.

O tipo 446, sendo o de mais alto cromo da série, é o que apresenta maior resistência à corrosão e à oxidação a altas temperaturas. Esse aço pode apresentar carbonetos dispersos na ferrita ou nos contornos dos grãos, o que constitui um inconveniente, sobretudo porque favorece o crescimento de grão durante o aquecimento, resultando em resistência ao choque mais baixa que a normal.

Como foi visto, sendo esses aços n endurecíveis, o tratamento térmico usual é um recozimento para alívio de tensões originadas no tratamento a frio e para obtenção da máxima ductilidade. Geralmente, recoze-se a 800 durante uma a duas horas, seguindo-se resfriamento ao ar ou mesmo em água ou óleo para evitar a fragilidade que pode ocorrer pelo resfriamento lento. O tipo 430F de usinagem fácil é recozido a temperatura baixa — 675°C a 800°C.

Os aços inoxidáveis ferríticos estão sujeitos a adquirirem fragilidade quando aquecidos em

torno de 475°C ou resfriados lentamente através dessa temperatura. O fenômeno traduz-se por aumento de dureza e queda da ductilidade e alguns autores o

atribuem à fase sigma (Fe-Cr). A fase sigma aparece principalmente nos aços com 25% a 30% de cromo. O seu

aparecimento é acelerado por adições de níquel, manganês e silício. Por outro lado, aparece tanto mais rapidamente quanto mais ele se aproxima da temperatura do limite superior de estabilidade (cerca de 600°C). O aquecimento a uma temperatura mais elevada transforma a fase sigma em ferrita e provoca o desaparecimento da fragilidade que ela confere aos aços. Esse aquecimento deverá ser de várias horas a 800°C ou de aproximadamente meia hora a 850°C.

Sua aparência microscópica é na forma de um precipitado de rendilhado contínuo ao longo dos contornos dos grãos.

Essa fragilidade — denominada “fragilidade a 475°C” — que se revela nos aços inoxidáveis ferríticos de alto cromo é, segundo alguns autores, devida a uma modificação do reticulado cristalino e rearranjo atômico, que precede e prepara a precipitação da fase sigma. O assunto é ainda muito controvertido. Parece, por outro lado, que o carbono, o nitrogênio, o hidrogênio e oxigênio favorecem o fenômeno de “fragilidade a 475°C”, principalmente o oxigênio, pela provável formação de óxido de cromo CrO, ao ser mantido o aço em certas faixas de temperaturas. De qualquer modo, a última palavra sobre o assunto parece que ainda não foi dada.

É certo, finalmente, que a fragilidade a 475°C pode ser eliminada pelo reaqueci mento do aço

a temperaturas superiores a 600°C, seguindo de resfriamento rápido através da temperatura perigosa.

As principais propriedades mecânicas desses aços inoxidáveis ferríticos estão indica das na Tabela 77. Como se vê, a dureza é baixa, a não ser no tipo 430 quando temperado. A resistência ao choque, por sua vez, é também baixa, sobretudo nos tipos de cromo mais alto.

As aplicações mais importantes estão indicadas na Tabela 76. Outros tipos de aços inoxidáveis ferríticos são os seguintes:

406 — com 0,15C max; 12,0-14,0Cr; 3,50-4,50A1; não é endurecível devido a presença do alumínio; resistente à oxidação a altas temperaturas;

434 — com 0,12C; 16,0-18,0Cr; 1,0Mn; 1,0Si; 0,75-1,25Mo; é uma modificação do tipo 430, para resistir à corrosão na presença de condições de inverno;

436 — com 0,12C; 16,0-18,0Cr; 1,0Mn; 1,OSI; 1,25Mo; (Nb+Ta) 5xC mm ou 0,70 max; semelhante aos tipos 430 e 434; um dos empregos é em guarnições de automóveis.

8. Aços inoxidáveis austeníticos (Tabela 78).

São estes os mais importantes dentre os aços inoxidáveis. Apresentam simultaneamente cromo e níquel, o cromo variando de 16% a 26% e o níquel de 6% a 22%. Os mais conhecidos e populares são os 18-8, em que o teor médio de cromo é 18% e o de níquel 8%. A introdução do níquel melhora consideravelmente a resistência à corrosão do aço e a resistência à oxidação a alta temperatura, visto que, na maioria dos reagentes, o níquel é mais nobre que o ferro e, além disso, forma uma camada de óxido que protege o aço espontaneamente. Para comprovar esses fatos, demonstra-se que a restauração da película interte protetora que tenha sido retirada de um aço inoxidável do tipo Cr-Ni é muito mais rápida do que a de um aço inoxidável somente ao Cr.

Seus característicos gerais são os seguintes:

— não magnéticos; — não endurecíveis, por serem austeníticos; — quando encruados, apresentam um fenômeno interessante: o aumento de dureza

que se verifica é bem superior ao que se encontraria, mediante a mesma deformação, em outros aços. Esse aumento, além do normal da dureza, pode ser atribuído à instabilidade da austenita que, sob o efeito das tensões do encruamento, transforma-se parcialmente e paulatinamente em ferrita. Esta ferrita, supersaturada de carbono, nas mesmas condições que uma martensita, contribui para o endurecimento excepcional do aço, O estiramento a frio, por exemplo, do aço 18-8 pode produzir resistência à tração da ordem de 250 kgf/mm2 com uma porcentagem de deformação que num aço comum não produziria mais do que cerca de 140 kgf/mm2.

Um reaquecimento a temperaturas moderadas do aço encruado — que se encontrará no

estado ferrítico — restaura a austenita. Nota-se ainda nos aços inoxidáveis austeníticos que, à medida que o teor de níquel aumenta,

o efeito do encruamento é menos pronunciado, tendo em vista a ação estabilizadora desse elemento. A importância desse fenômeno é tão grande que se costuma classificar os aços austeníticos

pelos níveis de resistência que se consegue pelo encruamento, desde o tipo recozido mole até o tipo inteiramente duro, conforme a Tabela 79 mostra.

Na prática são obtidos valores muito maiores. Por exemplo, conforme a porcentagem do encruamento, o aço do tipo AISI 301 pode apresentar valores correspondentes às principais propriedades mecânicas indicados na Tabela 80.

Um dos fenômenos indesejáveis que pode ocorrer nos aços inoxidáveis austeníticos é a corrosão intergranular, devido à precipitação de carboneto de cromo. Um dos meios de evitá-la é, como se mencionou, pela adição de titânio e de nióbio, porque esses elementos fixam o carbono na forma de carbonetos de titânio e de nióbio. A ação do titânio pode ser analisada através do gráfico da figura 152(188), que mostra a redução aproximada da solubilidade do carbono em aço 18-8 obtida pela adição de cerca de 0,5% de titânio.

As micrografias das figuras 153 e 154 correspondem a aço inoxidável austenítico, do tipo 18-8; a primeira micrografia mostra uma zona superficial de corrosão intergranular; a segunda, o núcleo do mesmo aço, sem corrosão; sua estrutura é típica de aço inoxidável austenítico. 8.1. Tratamento térmico dos aços inoxidáveis austeníticos.

Esse tratamento consiste na “austenitização”, isto é, aquecimento a temperaturas geralmente entre 1000°C e 1120°C, seguido de resfriamento tão rápido quanto possível até a temperatura ambiente, para garantir a presença da fase austenítica e conferir a melhor ductilidade e tenacidade ao aço. Secções pequenas podem ser resfriadas ao ar, ao passo que secções maiores devem ser resfriadas em água.

O resfriamento rápido, alem de garantir a presença da austenita a temperatura ambiente, evita, na faixa de 425°C.870°C, a precipitação indesejável já mencionada de carbonetos.

Costuma-se, também, realizar um tratamento a baixa temperatura para alívio de tensões dos aços austeníticos encruados, as temperaturas não devendo ultrapassar 425°C.

As principais propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis austeníticos depois de convenientemente tratados termicamente, estão indicadas na Tabela 81.

A Tabela 78 mostra os principais tipos, classificados pela AISI, com suas propriedades gerais e aplicações típicas. Do exame dessa Tabela podem ser feitas as seguintes considerações:

a) Os tipos mais populares de aços inoxidáveis austeníticos s os conhecidos comercialmente com a designação 18-8, os quais possuem 18% de cromo e 8% de níquel. São eles os tipos 301, 302 e 304. Suas variedades são: 302B com Si elevado para melhor resistência à oxidação a altas temperaturas; 303, para usinagem fácil e 321 e 347, estabilizados contra a corrosão intercristalina.

b) A presença do titânio e do nióbio — tipos 321 e 347 — previnem a corrosão intergranular, porque esses elementos fixam o carbono na forma de carboneto de titânio ou nióbio, evitando a precipitação de carboneto de cromo e a formação de zonas isentas de cromo.

c) O molibdênio, que constitui provavelmente a mais útil das adições aos aços 18-8 (tipos 316 e 317), confere resistência à corrosão localizada por parte de soluções contendo cloretos.

Além disso, melhora as condições gerais de resistência ao ataque por parte de Outros reagentes químicos, como ácido sulfúrico. Com teor de molibdênio de 1% a 3%, esses aços devem ter o teor de níquel aumentado de cerca de 4% para que conservem a estrutura essencialmente austenítica.

d) Teores crescentes de cromo e níquel, tipos 309 e 310 principalmente, melhoram a resistência à oxidação a altas temperaturas e a resistência à corrosão em geral por parte de reagentes químicos.

8.2. Novos tipos de aços inoxidáveis austeníticos.

A eventualidade de carência de níquel levou ao desenvolvimento de tipos de aços inoxidáveis austeníticos alternativos — já utilizados durante a segunda guerra mundial — em que o manganês serve de substitutivo parcial do níquel, conforme a Tabela 82(196) mostra. Esses aços são agrupa dos na classe 200 e suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão são essencialmente as mesmas que as da série 300 que substituem. Por outro lado, a série 200 apresenta maior resistência no estado recozido, o que é vantajoso para certas aplicações e em certas operações de conformação.

Como se viu, a adição de nitrogênio nos aços com alto teor de cromo e nos aços cromo-manganês — que normalmente apresentariam estrutura martensítica ou semi - ferrítica — é empregada há alguns anos, visto que o nitrogênio tende a produzir uma estrutura austenítica e tende a melhorar a qualidade dos aços depois da têmpera. Verifica-se ainda forte refino de grão, sobretudo quando a relação do nitrogênio para o cromo é de 1 para 100.

8.3. Aços inoxidáveis ao nitrogênio.

Esses aços, contendo de 0,14 a 0,32% de nitrogênio, são chamados “nitrônicos”. Caracterizam-se por serem aços inoxidáveis ao Cr-Mn, em altos teores, como a Tabela 83 mostra, além de apresentarem Ni e, eventualmente, Mo, Si, Nb e V.

São do tipo austenítico e possuem maior resistência mecânica, tanto à temperatura ambiente como a alta temperatura, do que os tipos-padrão 300. Como se vê pela Tabela, apresentam carbono baixo, de modo que não ocorre transformação martensítica, devi da a encruamento. Mantêm ainda resistência e tenacidade elevadas, às temperaturas criogênicas. A resistência à tração dos tipos 32 e 33, no estado recozido, varia de 80,5 kgf/mm2 para o tipo 33 a 84,0 kgf/mm2 para o tipo 32. Podem ser ambos encruados, resultando em resistência mecânica mais elevada. O tipo 33 tem sido usado na forma de barras e fios, ao passo que o tipo 32, na forma de chapas, tiras e tubos.

Estes apresentam idêntica resistência à corrosão na maioria dos meios corrosivos. O tipo 33, no estado recozido, apresenta limite de escoamento quase que o dobro do

convencional 304, ou seja, cerca de 47,0 kgf/mm2 para cerca de 24,0 kgf/mm2 do 304. A 540°C, o limite de escoamento do Neurônico é cerca de 10 kgf/mm2 mais elevada. Sua resistência ao desgaste é igualmente muito superior — cerca de três vezes — à do tipo 304.

O Nitrônico 40 apresenta, à temperatura ambiente, um limite de escoamento cerca de duas vezes maior que o dos aços inoxidáveis austeníticos comparáveis, tais como 304 e 347, além de excelentes resistências à corrosão e à oxidação. Ensaios mostraram que a _253oC, esse tipo de aço Nitrônico tem boas resistência e tenacidade, o que o torna indicado para armazenamento e transporte de gases liquefeitos.

O Nitrônico 50, que é o mais altamente ligado dentre os tipos Nitrônicos, apresenta melhor resistência à corrosão que os tipos convencionais 316 e 316L e cerca do dobro do limite de escoamento. Nesse aço, adiciona-se comumente também Mo, Nb e V para aumentar sua resistência mecânica e sua resistência à corrosão. Pode ser encruado, o que melhora ainda mais sua resistência, a qual pode atingir valores da ordem de 170 kgf/mm2 São produzidos na forma de barras, fios,

chapas, tiras e tubos. Aplica-se nas indústrias química e naval, em bombas, válvulas, cabos, correntes, molas e acessórios diversos.

Finalmente, no Nitrônico 60, o teor relativamente elevado de silício melhora a resistência à oxidação do aço, fato esse que tende a melhorar a resistência do material em emprego onde ocorre atrito de metal com metal, sem lubrificação.

À temperatura ambiente, o tipo 60 apresenta 41,0 kgf/mm2 de limite de escoamento, 71,0 kgf/mm2 de limite de resistência à tração e 62% de alongamento. A altas temperaturas, até 81 5oC, sua resistência mecânica é bem maior que a do tipo convencional 304. Por essa razão e por sua excelente resistência à oxidação, um dos empregos recomendáveis é sua aplicação na forma de eixos de motores Diesel e aplicações semelhantes. 9. Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação.

São aços que se caracterizam por apresentarem simultaneamente alta resistência à corrosão e elevada resistência mecânica, sendo em conseqüência empregados onde ambos os requisitos são fundamentais, como em molas especiais, indústria aeronáutica, etc. As Tabelas 84 e 85 mostram alguns tipos, com sua composição química, propriedades mecânicas e os tratamentos térmicos recomendados para atingir as propriedades mecânicas indicadas.

10. Peças fundidas de aço resistente à corrosão. O emprego de aço inoxidável na fundição de peças é feito mais no sentido de se procurar

evitar a ação corrosiva do meio, ficando, pois, de certo modo, em segundo plano, as condições relativas à resistência mecânica. As peças fundidas de aço inoxidável são empregadas com o objetivo de resistir à ação corrosiva de soluções aquosas, à temperatura ambiente ou próxima, e de gases quentes e de líquidos de elevado ponto de ebulição, a temperaturas até cerca de 650˚C.

Todas as peças de aço fundido resistente á corrosão contêm cromo acima de 11% e a maioria delas níquel de 1 a 30%. O teor de carbono se situa geralmente abaixo de 0,20%, sendo às vezes da ordem de 0,03%. Obedecem, de um modo geral, às composições dos tipos trabalhados 300 e 400, podendo ainda conter pequenas adições de molibdênio, alguns e nióbio, outros.

O molibdênio — adicionado entre 2 e 3% — melhora a resistência à corrosão geral. Essas ligas são muito usadas para aplicações sujeitas à ação da água do mar.

O nióbio — nos aços 18-8 — impede a precipitação de carboneto de cromo na faixa de temperaturas críticas (particularmente entre 560 e 650˚C), porque a liga na condição fundida apresenta a maior parte do carbono na forma de carboneto de nióbio. Para obter-se a máxima

resistência ao ataque intergranular, a liga é aquecida a 1120˚C, seguindo-se resfriamento até a temperatura ambiente e reaquecendo-se, finalmente, entre 870 e 925˚C, quando ocorre a precipitação de carboneto de nióbio.

O projeto das peças fundidas de aço inoxidável não difere essencialmente do projeto das peças de aço-carbono ou aço de baixo teor em liga.

A sua usinabilidade é satisfatória, do mesmo modo que a soldabilidade, desde que certas precauções sejam tomadas.

11. Novos desenvolvimentos no campo dos aços inoxidáveis.

A Sandvik desenvolveu um aço austenítico contendo 0.08% de carbono, 1,70% de silício, 0,80% de manganês, 0,040% de fósforo max., 0,030% de enxofre max., 21,0% de cromo, 11,0% de níquel, 0,17% de nitrogênio e 0,04% de terras raras. O aço, sob o ponto de vista de propriedades mecânicas assemelha-se ao 18-8, às temperaturas mais baixas. Nesse aço, a resistência à fluência é melhorada pela formação de carbonetos do tipo M pela reação de carbono com cromo. Do mesmo modo, o nitrogênio forma com o cromo, o nitreto Cr N que como o M — contribui para melhorar a resistência à fluência, mediante endureci mento por precipitação. O nitrogênio estabiliza a estrutura austenítica e reduz a tendência à formação da fase sigma. O silício confere boa resistência à oxidação, através do SiO que se localiza na camada oxidada superficial, devido sua baixa permeabilidade aos íons metálicos e sua boa adesão ao metal-base. Finalmente, os metais das terras raras favorecem o crescimento do SiO contribuindo para melhorar a resistência à oxidação e à carburização à temperaturas até 1150˚C.

A aplicação desse tipo de aço é feita onde se requer, além de alta resistência à corrosão, elevada resistência à fluência, de modo que se admite que esse aço possa substituir o tipo 25Cr-2ONi. Entre as principais aplicações incluem-se: equipamentos das indústrias metalúrgicas, petroquímicas e de geração de energia elétrica, tais como recuperadores de dor, pré-aquecedores de gás, fornos para tratamentos térmicos, queimadores, tubos de proteção de pares termoelétricos etc.

A Allegheny apresenta aços inoxidáveis ferríticos como alternativa técnica e econômica para

aços inoxidáveis austeníticos(199). São dois tipos designados por: E-Brite-26-1, com 26% de cromo e 1% de molibdênio; AL-29-4-2, com 29% de cromo, 4% de molibdênio e 2% de níquel.

Ambos resistem ao ataque por parte de cloretos, álcalis, ácido nítrico, uréia, aminas e ácidos orgânicos. O tipo 29-4-2 possui grande resistência à ação de óxidos redutores diluídos e o 26-1, devido seu alto teor de cromo, apresenta excelente resistência à oxidação a alta temperatura.

Outros tipos desenvolvidos pela Uddeholm e pela Crucible apresentam as seguintes composições respectivamente: 25Cr — 4Mo — 4Ni 26Cr — 3Mo — 2N aplicados, ambos, em sistemas de recirculação de água de resfriamento nas usinas de papel e celulose. Outras variedades de aços inoxidáveis incluem os chamados “duplex” ou seja, aus teníticos-ferríticos, com uma composição típica equivalente a 22Cr — 3Mo — 5Ni. Esses aços combinam propriedades mecânicas elevadas com notável resistência à fissuração sob tensão por cloretos, à corrosão localizada (por cavidade) e à corrosão galvânica dos cantos. — Alguns aços inoxidáveis desenvolvidos na Europa estão representados na Tabela 86(200). Esses aços caracterizam-se por possuirem resistência à corrosão geral, à corrosão localizada e à corrosão intergranular. Aqueles que contêm nitrogênio, possuem melhor resistência à fluência, como já se viu. Os aços 1805 LC, 2205 LCN, 1925 LC e 4221 resistem à fissuração por tensão, na presença de cloretos. Os aços 1805 LC e 2205 LCN são do tipo “duplex”, ou seja, ferríti cos-austen (ticos. As ligas lncoloy e Inconel não são consideradas ligas ferrosas. Finalmente, pesquisas estão sendo desenvolvidas no sentido da põdução de novos aços inoxidáveis austeníticos com manganês e alumínio, como substitutos do níquel e do cromo(201). Nesses aços, a resistência à oxidação seria devida ao alumínio e a combinação Mn-C estabilizaria a lupa gama e pode reter a estrutura austenítica.

Escalas de Dureza Rockwell. Símbolo da escala Penetrador Carga Principal (Kg)

A Cone diamante 60 B Esfera Ф 1/16 100 C Cone diamante 150 D Cone diamante 100 E Esfera Ф 1/8 100 F Esfera Ф 1/16 60 G Esfera Ф 1/16 150 H Esfera Ф 1/8 60 K Esfera Ф 1/8 150

Escalas de Dureza Rockwell Superficial. Símbolo da escala Penetrador Carga Principal (Kg)

15N Cone diamante 15 30N Esfera Ф 1/16 30 45N Cone diamante 45 15T Cone diamante 15 30T Esfera Ф 1/8 30 45T Esfera Ф 1/16 45 15W Esfera Ф 1/16 15 30W Esfera Ф 1/8 30 45W Esfera Ф 1/8 45