EM 440 - TRANSFORMAÇÃO DE FASES AÇOS INOXIDÁVEIS "STAINLESS STEEL" EM 440 - TRANSFORMAÇÃO DE FASES Turma: A Sala: CB-16 Campinas, 18 de Novembro de 2005

Aços Inoxidáveis Austeníticos – A. F. Padilha & L. C. Guedes – Ed Aços Inoxidáveis Austeníticos – A. F. Padilha & L. C. Guedes – Ed. Hemus Aços e Ferros Fundidos – Vicente Chiaverini – Ed. ABM Materiais para Equipamentos e Processos – Pedro C. Da Silva Telles – Ed. Interciência Apresentação. BIBLIOGRAFIA

1. INTRODUÇÃO Introdução; Constituição e Diagrama de Equilíbrio; Aços Inoxidáveis Martensíticos; Aços Inoxidáveis Ferríticos; Aços Inoxidáveis Austeníticos; Aços Inoxidáveis Duplex; Aços Inoxidáveis Endurecíveis por Precipitação; Aplicações e Resumos 1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO 1.a) Definição Os aços inoxidáveis são ligas ferro-cromo que contém, tipicamente, um teor acima de 12% de cromo. A partir desse teor e em contato com oxigênio ocorre a formação de uma fina película de óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel nos meios corrosivos usuais. Apresenta, em geral, maior resistência à oxidação a alta temperatura em relação a outras classes de aços. Aços Inoxidáveis são ligas a base de ferro com, no mínimo 10,5%Cr. Eles alcançam esta característica em função da formação de um filme superficial transparente e aderente de óxido rico em cromo. Este óxido se forma e se mantém na presença de oxigênio. 1. INTRODUÇÃO Ni, Mo, Cu, Ti, Al, Si, Ni, N, S e Se C < 0,03%p (máx. ~1%p)

1. INTRODUÇÃO 1.b) Classificação Aços Inoxidáveis Martensíticos; Aços Inoxidáveis Ferríticos; Aços Inoxidáveis Austeníticos; Aços Inoxidáveis Duplex (ferrítico-austenítico); Aços Inoxidáveis Endurecidos por Precipitação. 1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO 1.c) Histórico 1912 - Alemanha (20%Cr 7%Ni) - Aço Inoxidável Austenítico; 1912 - Inglaterra (12,8%Cr 0,24%C) – Aço Inoxidável Martensítico; 1913 – (16%Cr 0,015%C) – Ferrítico; 1945 – EUA – (U.S. Steel) – Aço Inoxidável Endurecido por Precipitação; 1950 – EUA – Escasses de Ni – Aços Inoxidáveis com Mg e N em substituição parcial de Ni (AISI 200); 1970 – EUA – (Processo OAD) – Permitiu a redução drástica de C sem perda acentuada de Cr para escória – Carga menos cara; ~1970 – LC – Custo e Homogenidade Química; 2005 – Aço Inoxidável de Alto Desempenho. 1. INTRODUÇÃO

Resistência dos Aços Inoxidáveis em Função da Temperatura 1.d) Importância Resistência dos Aços Inoxidáveis em Função da Temperatura 1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO 1.d) Importância Fenômeno da Passivação película estável impermeável aderente alta veloc. formação 1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO 1.d) Importância Tipos de Corrosão corrosão intergranular - sensitização corrosão sob tensão - meios agressivos (soluções de Cl) corrosão por pites - meios com solução aquosa de Cl e Br condições da superfície - grosseira, fissuras Sensitização - corrosão intercristalina diminuição teor de Cr - corrosão intergranular solução: C em baixos teores < 0,1% uso de elementos de liga - Ti, V, Nb teor de Cr acima de 12% tratamento térmico - solubilização e resfr. rápido 1. INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO 1.e) Produção Krupp (Alemanha) 1918 - 18 ton BASF 1995 – 10.000.000 ton (2/3 austenítico) 1. INTRODUÇÃO

2. CONSTITUIÇÃO & DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO LIMITAÇÕES DOS DIAGRAMAS DE FASES Equlíbrio dificilmente é atingido Ex.1: Precipitação de fase sigma () em AISI 316; Ex. 2: Não mostram as fases metaestáveis; 2. CONSTITUIÇÃO & DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO Limitações Geométricas (n° de componentes relevantes) Ex.1: INOX mais simples tem 6 elementos; SISTEMAS A SEREM ANALISADOS C-Cr Fe-Cr Fe-Cr-C Fe-Cr-Ni Fe-Cr-Ni-Mo

Efeito de Cr no campo austenítico 2.a) Sistema C-Cr Cr Vs. C 2. CONST. E DIAG. EQUIL. Efeito de Cr no campo austenítico

2. CONST. E DIAG. EQUIL. 2.b) Sistema Fe-Cr Para qualquer [Cr ] se forma primeiramente ferrita δ (CCC); Cr é ferritizante; Em ligas comercias normalmente encontramos ainda N e C (austenitizantes);

2. CONST. E DIAG. EQUIL. -pequenos teores ampliam muito γ (26%Cr em 0,19%C e 0,02%N); -aumento da T de trasnformação α/γ (1250°C para 26%Cr)

2. CONST. E DIAG. EQUIL. -fase  (sigma 44-50%Cr) p/ ligas 20 a 70%Cr; -precipitado α’ não magnético, ccc, 61~83%Cr; -proposta de um gap de miscibilidade abaixo da estabilidade de ; -decomposição eutetóide p/ligas 15~70%Cr em T 400~550°C e inicia em 440±20°C; - Tenacidade e dutilidade diminuem + -fragilização e redução de resistência a corrosão em ligas a 475°C (reversível); 2. CONST. E DIAG. EQUIL.

2.c) Sistema Fe-Cr-C 2. CONST. E DIAG. EQUIL. 6%Cr 12%Cr 18%Cr

2. CONST. E DIAG. EQUIL. 2.d) Sistema Fe-Cr-Ni 1300°C 1200°C 1100°C Aços Inoxidáveis e Resistentes ao Calor – parcialmente ferritica ou totalmente austenitica e ainda sigma.

2.d) Sistema Fe-Cr-Ni DIAGRAMA DE SCHAEFFLER A A+F M F A+M A+M+F M+F 30 25 A 20 % Equivalente de Ni A+M A+F 15 10 M A+M+F M+F F 5 5 10 15 20 25 30 35 40 % Equivalente de Cr Cr equival. = Cr + Mo + 1,5x%Si + 0,5x%Nb Ni equival. = Ni + 30x%C + 0,5x%Mn

2.d) Sistema Fe-Cr-Ni-Mo Molibdênio: alfagênico e provoca fases intermediárias (fase de Laves Fe2Mo (η) fase Fe36Cr12Mo10 (χ) e estabiliza o carboneto M6C). 2. CONST. E DIAG. EQUIL.

Essencialmente ligas de Cr (10,5~18%) e C (~1,2%) com estrutura martensítica (ambos são balanceados) com carbeto disperso; C aumenta dureza mas favorece sensitização; Trabalhável a frio e a quente, pcp quando C é baixo; Pouco carboneto no CG; Ferromagnético; Endurecível por tratamento térmico; Relativamente POUCO resistente a corrosão; Tempera pode melhorar a resistência a corrosão; Nb, Si, W e V modificam a resposta de revenido após o endurecimento; Excesso de Carboneto pode estar presente para aumentar a resistencia ao desgaste ou manter o poder de corte; Pouco de Ni pode elevar a resistência corrosão e a tenacidade; S e/ou Se aumenta a usinabilidade; Revenido a baixa T (150°C a 400°C); 3. MARTENSÍTICO

3.a) Composição Química 3. MARTENSÍTICO

3.b) Propriedades 3. MARTENSÍTICO

3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 440 C DIN x105CrMo17 Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Microestrutura: Martensita Fina com dispersão de Carbonetos de Cromo. Aumento: 100 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Dureza: 53HRc Aplicação: Facas, canivetes, rolamentos.

3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 420 Modificado DIN x20Cr13 Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Grãos de Ferrita com dispersão homogênea de Carbonetos Complexos de Ferro / Cromo. Material sofreu Tratamento de Recozimento de Coalescimento. Aumento: 400 x. Ataque: Reagente Marble (tempo: 10 a 15 s) Dureza: 186 HB Aplicação: Instrumentos cirúrgicos e dentários, eixos, peças de bombas e válvulas, pás, moldes para plásticos e ind. de vidros.

3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 420 Modificado I DIN x20Cr13 3. MARTENSÍTICO Microestrutura: matriz formada por grandes quantidade de carbonetos de cromo coalescidos em um fundo de ferrita. Aumento: 800 x Ataque: Reagente Marble (tempo: 10 a 15 s)

3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 420F Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Microestrutura: Matriz ferrítica com presença de inclusões de Sulfeto de Manganês (MnS) e precipitação de pequenos Carbonetos de Cromo esferoidizados. Material no estado Recozido e Coalescido. Aumento: 400 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Aplicação: Instrumentos cirúrgicos e dentários, eixos, peças de bombas e válvulas, pás, moldes para plásticos e ind. de vidros.

3. MARTENSÍTICO 3.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 410 Composição Química: 3. MARTENSÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Matriz formada por Martensita Revenida, com presença de pequenos Carbonetos Coalescidos (3%). Microestrutura típica do Tratamento Térmico de Têmpera e Revenimento. Aumento: 200 x Ataque: Marble (tempo: 10 s). Dureza: 46,5 HRc Aplicação: Utilizado em ambientes onde a corrosão não é muito severa, como ar, água.

Essencialmente ligas de Cr (10,5~30%) e C (~1,2MAX%) com estrutura cristalina CCC (ferrítica) e carbonetos dispersos; Não são endurecíveis por solubilização e têmpera então são utilizadas no estado recozido; Ferromagnético; Mo, Si, Al, Ti, Nb para caraterística específicas; S e/ou Se aumenta a usinabilidade; Baixa Ductilidade; Baixa Formabilidade; Relativamente Pobre Resistencia a tensões em altas temperaturas; Tenacidade limitada em baixas temperaturas e seções grossas; Susbtitui Fe-Cr-Ni-C em aplicações de resistência a corrosão com menos custo. 4. FERRÍTICO

4. FERRÍTICO 4.a) Composição Química AISI C Cr Outros 405 0,08 11,5 - 13,5 Al (0,1 – 0,3) 406 0,15 12 – 14 Al (3,5 – 4,5) 430 0,12 14 – 18 - 430 F Pou S ou Se (0,07) Mo ou Zr (0,6) 442 0,2 18 – 23 443 Cu (0,9 – 1,25) Si (0,75) Ni (0,5) 446 0,35 23 - 27 N (0,25) 4. FERRÍTICO

4. FERRÍTICO 4.b) Propriedades AISI LRT kg/mm² LE kg/mm² Along. % Dureza Brinell RChoque kgm 405 42 24,5 20 160-180 2,8-4,8 406 59,5 - 25 430 45,5 20 – 35 130-165 2,1-4,8 430 temp. 105 77 3 255-300 430 F 49 31,5 15 – 30 150-190 442 52,5 30 – 35 150-175 0,7-2,1 446 56 35 25 - 30 160-185 0,1-1,4 4. FERRÍTICO

4. FERRÍTICO 4.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 430 DIN x8Cr17 Composição Química: 4. FERRÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Grãos de Ferrita Encruados provenientes de sua conformação (Laminação a frio). Observa-se a presença de Maclas. Aumento: 100 x Ataque: Marble (tempo: 10s) Dureza: 255 mHV (max 190HB) Aplicação: Estufas, churrasqueiras em geral, bandejas, revestimentos, tampo de mesas, grelhas.

4. FERRÍTICO 4.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 430 DIN x8Cr17 Microestrutura: Grãos de Ferrita Encruados provenientes de sua conformação (Laminação a frio). Observa-se a presença de Maclas. Aumento: 400 x Ataque: Marble (tempo: 10 s).

4. FERRÍTICO 4.c) Microestrutura Aço Inox 430 Cr=16,5% C=0,15% Recozido a 788 C - estrutura ferrítica com grãos equiaxiais e partículas de carbetos (100X) Temperado a partir de 1200 C -Matriz ferrítica com ilhas de martensita (500x)

Cr (16~26%), Ni (>35%) Mg (>15%)com estrutura cristalina CFC; Atingida através de elementos austenitizantes (ex.: Ni, Mn, N); Não magnético na condição recozido; Melhor resistência a corrosão; Endurecível apenas por trabalho a frio; Exelentes propriedades criogênicas; Boa Resistência em altas temperaturas; Série 2xx (Ni e Mn); Mo, Cu, Si, Al, Ti e Nb melhoram certas características; S e/ou Se aumenta a usinabilidade; 5. AUSTENÍTICO

5. AUSTENÍTICO 5.a) Composição Química AISI C Cr Ni Mo Outros 302 0,15 17,5 8,3 303 8,5 0,15 min S 304 0,08 18,3 304 L 0,03 19 10 310 0,25 25 20 316 17 12 2,5 316 L 5. AUSTENÍTICO

5. AUSTENÍTICO 5.b) Propriedades 302 59,5 24,5 50-60 140-160 9,7-15,2 AISI LRT kg/mm² LE kg/mm² Along. % Dureza Brinell RChoque kgm 302 59,5 24,5 50-60 140-160 9,7-15,2 303 30-55 155-175 304 21 310 63 28 45-50 165-185 6,9-13,8 316 56 5. AUSTENÍTICO

5. AUSTENÍTICO 5.c) Microestrutura Material: SAE / AISI 304 DIN x5CrNi189 Composição Química: 5. AUSTENÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Matriz Austenítica. Aumento: 200 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Dureza: 282 HB Aplicação: Ind. química, farmacêutica e têxtil, do petróleo e do papel, instalações criogênicas em geral, pistões, parafusos.

5. AUSTENÍTICO 5.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 316 DIN x5CrNiMo1810 Composição Química: 5. AUSTENÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: 95% de Austenita e 5% de Ferrita residual no sentido da conformação do material. Matriz proveniente de Recozimento. Aumento: 100 x Ataque: Marble (tempo: 10 s) Dureza: 156 HB Aplicação: Ind. química, farmacêutica e têxtil, do petróleo e do papel, peças utilizadas na construção naval e aplicações criogênicas em geral, utilizado nos meios mais corrosivos.

5. AUSTENÍTICO 5.c) Microestrutura Material: AISI / SAE 302 Composição Química: 5. AUSTENÍTICO Fonte: ABNT NBR 5601/1981 Microestrutura: Apresenta microestrutura formada por Grãos Encruados de Austenita e Ferrita, resultante do Processo de Trefilação a Frio do Arame. Material no estado Encruado. Aumento: 100 x Ataque: Marble Dureza: 52,5 HB Aplicação: Elementos arquitetônicos, equipamentos hospitalares e farmacêuticos, de ind. alimentícia e de bebidas, máquinas de embalagens, molas, peças de tubulações, utensílios domésticos, artigos esportivos.

Cr e Ni com estrutura cristalina misturada de ferrita (ccc) e austenita (cfc); ccc/cfc é função da composição e do tratamento térmico; Maior parte das ligas contém iguais quantidades de fases quando recozido; Ni, Mo, Cu, Si, W balanço estrutural ou características de resistencia a corrosão; Resistência a corrosão igual ao Aço Inox Austenítico com liga similar; Resistência Mecãnica superior ao Aço Inox Austenítico com liga similar; Tenacidade intermediária entre ferrítico e ustenítico. 6. DUPLEX

6. DUPLEX 6.a) Composição Química Ni – aumento da tenacidade e usinabilidade; Cr – resistência a corrosão; Mo – aumenta a resistência de corrosão por pitting; C – em baixos teores diminuem a corrosão intergranular

6. DUPLEX 6.b) Propriedades Tensão de escoamento elevada: vantagem nos projetos de engenharia; Ductilidade menor que os austeníticos mas adequados às exigências de mercado; A resistência à corrosão depende principalmente dos teores de Cr e Mo; Em geral a grande quantidade de ferrita melhora a resistência à corrosão sob tensão;

6.c) Microestrutura 6. DUPLEX

Ligas Cr-Ni contendo elementos precipitantes (Cu, Al, Ti) Pode ser tanto austenítico quanto martensítico quando no estado recozido; O austenítico frequentemente é transformado em martensítico em determinadas condições de tratamento térmico, inclusive com tratamento sub-zero e atingem alta resistência pela formação da martensita. 7. END. POR PRECIPITAÇÃO

7. END. POR PRECIPITAÇÃO 7.a) Composição Química AISI C Mn Si Cr Ni Mo Outros W Inoxidável 0,07 0,5 16,75 6,75 - 0,8 Ti 0,2Al 17-4 PH 0,04 0,4 15,50 4,25 0,25 Nb 3,6 Cu 17-7 PH 0,7 17 7 1,15 Al PH 15-7 Mo 15 2,25 AM 350 0,1 0,75 0,35 16,5 0,1 N 7. END. POR PRECIPITAÇÃO

7.b) Propriedades 7. END. POR PRECIPITAÇÃO

8. APLICAÇÕES e RESUMOS FATORES DE SELEÇÃO: Resistência a Corrosão; Características de Fabricação; Disponibilidade; Propriedades Mecânicas em variaçõesátípicas de temperaturas; Custo do produto. 8. APLICAÇÕES e RESUMOS

8. APLICAÇÕES e RESUMOS Martensíticos Austeníticos Ferríticos são magnéticos, elevada resistência mecânica / dureza aplicáveis até 550oC lâminas turbinas, peças estruturais para aviões, engrenagens, esferas p/ rolamentos, instrumentos cirúrgicos, lâminas p/ navalhas Austeníticos não são magnéticos elevada resistência à corrosão / alta res. a fluência aplicáveis em alta temperatura (até 1200oC) aceitam grandes deformações (endurecem muito) difícil usinagem (devido ao encruamento) peças para fornos, parafusos, pias, tubos resistentes a meios agressivos, tanques para indústrias químicas, aplicações arquitetônicas (resistem a corrosão marinha ou urbana) 8. APLICAÇÕES e RESUMOS Ferríticos são magnéticos, mais baratos que os austeníticos baixas propriedades mecânicas (são moles), baixa resistência a fluência, boa trabalhabilidade, mas sem estampagem profunda como nos austeníticos só resistem a corr. atmosférica se houver lavagem frequente concent. sais adornos de automóveis, apar. eletrodomésticos, pias comuns.