Pergunte a um engenheiro:aço inoxidável austenítico

Aço inoxidável austenítico versátil e resistente, mesmo em temperaturas criogênicas ou elevadas

O aço inoxidável é chamado de “inox” por causa de sua resistência à ferrugem. O aço contém ferro e carbono em certas porcentagens:a adição do elemento cromo o transforma de aço em aço inoxidável. A partir desses três elementos básicos, os metalúrgicos criaram uma enorme variedade de aços inoxidáveis. Tipos de metais na liga, instruções de liga, tratamentos térmicos e trabalho de pós-produção entram na descrição de cada grau. Essas especificações são classificadas em quatro subtipos principais:austenítico, férrico, martensítico e duplex. Todos são úteis, mas os aços austeníticos se destacam por sua utilidade superior. 70% dos itens de aço inoxidável são feitos de aço inoxidável austenítico.

O cromo torna o aço inoxidável resistente à corrosão, oxidando rapidamente. Isso forma uma vedação, ou “camada passiva”, que protege o metal à base de ferro da ferrugem. O aço inoxidável austenítico possui um elemento de liga adicional, o níquel, que lhe confere propriedades de resistência e ductilidade.

Propriedades do aço inoxidável austenítico

O aço inoxidável austenítico tem muitas propriedades úteis:

• Altamente resistente à corrosão
• Durável
• Formável
• Soldável
• Não se torna quebradiço em temperaturas criogênicas
• Maior faixa de resistência a quente do que outros tipos de aço inoxidável
• Maior expansão térmica do que os aços inoxidáveis ​​martensíticos e ferríticos
• Menor condutividade térmica do que os graus martensíticos
• Geralmente não magnético; levemente magnético se trabalhado a frio

Essas propriedades tornam o aço inoxidável austenítico versátil e ideal para muitas aplicações, incluindo cozinhas e equipamentos de processamento de alimentos, laboratórios e hospitais, móveis e revestimentos externos, fornos e fornalhas, trocadores de calor e muito mais. A série 300 comercialmente comum, incluindo os tipos comuns 304 e 316, são aços austeníticos.

O aço austenítico tem essas propriedades úteis devido à sua estrutura molecular. No entanto, é caro criar e manter as moléculas de austenita dentro do aço. Esses aços são, portanto, usados ​​apenas onde suas propriedades aprimoradas são necessárias.

Microestrutura austenítica

Quando os metais congelam do estado fundido, eles cristalizam e formam grãos que se ligam uns aos outros em uma rede. Essa estrutura cristalina determina muitas das propriedades mecânicas do metal.

Existem muitos fatores que influenciam essa microestrutura:os materiais dentro da treliça, quão quente o metal fica e quão rápido ele esfria e se o metal é tratado termicamente depois. As ligas austeníticas têm algo chamado de “microestrutura cúbica de face centrada”. Esta rede é feita de células densamente compactadas. Moléculas de austenita centradas na face só aparecem em aços macios quando o ferro está em estado fundido. Quando os metalúrgicos adicionam níquel à liga, essa estrutura pode se manter mesmo quando o metal está frio.

Estruturas cúbicas de face centrada têm átomos em cada canto da célula, mais átomos no centro de cada face do cubo. São os átomos na face de cada cubo que dão ao aço austenítico suas propriedades. A densidade de átomos por célula dá-lhe força. Muitas outras formas de aço e aço inoxidável têm estruturas mais frouxas sem o átomo no centro de cada face.

O aço inoxidável austenítico não é magnético porque cada átomo na célula pode encontrar um par com carga oposta.

Aço inoxidável austenítico:adequado para criogenia

As estruturas cúbicas de face centrada são mais resistentes em temperaturas extremas devido à força extra dos átomos adicionais por célula.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos são os únicos tipos de inoxidáveis ​​que não se tornam quebradiços e facilmente fraturados em aplicações criogênicas. Mesmo abaixo de -292°F, este material mantém sua resistência e alongamento. Quando atingidas, as moléculas podem deslizar umas sobre as outras sem quebrar.

Em comparação, as estruturas cúbicas de corpo centrado geralmente evidenciam uma temperatura de “transição” abaixo da qual o material se estilhaça se for mecanicamente tensionado. Isso é chamado de fragilização a baixa temperatura.

Tolerância ao calor ou resistência ao calor

Quando os metais são aquecidos, eles amolecem, até atingirem seus pontos de fusão. Aqueles que amolecem menos rapidamente têm maior resistência a quente. O aço inoxidável austenítico começa a perder sua resistência entre 900-1000°F, mas não tão rapidamente quanto outros tipos de aço inoxidável. As temperaturas de serviço contínuo em dois tipos, os aços inoxidáveis ​​martensíticos e ferríticos, estão entre 1300–1500°F. A temperatura máxima de serviço contínuo para aço inoxidável 310 austenítico é 2100°F.

A complexidade dos metais

Os metais obtêm suas propriedades materiais únicas de sua formação de rede cristalina atômica. Esses grãos são influenciados por diversos aspectos da produção do metal.

O aço é criado quando o ferro é ligado ao carbono, produzindo uma liga forte, dúctil, mas vulnerável à ferrugem. O cromo é adicionado para ajudar a criar uma camada passiva de óxido e evitar ferrugem. Quando tratado termicamente entre 1.674–2.541°F, o carbono permeia através da treliça e o aço inoxidável agora tem maior ductilidade e resistência. A única maneira de manter essa estrutura à temperatura ambiente é ter níquel e/ou manganês na liga. Essas adições fornecem andaimes químicos para as células cúbicas de face centrada. Com todos esses elementos, é criado o aço inoxidável austenítico:não magnético, tolerante ao calor e ao frio, dúctil e soldável.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos resilientes continuam funcionando em muitos ambientes industriais. Suas propriedades mecânicas os tornam, de longe, a escolha mais popular em graus de aço inoxidável. No entanto, níquel e manganês adicionados tornam os aços austeníticos mais caros:os novos aços duplex, que intercalam austenita e ferrita, tendem a ter algumas das propriedades de ambos. Eles são uma maneira mais barata de obter alguns benefícios do aço austenítico em ambientes não extremos. No entanto, para aplicações criogênicas e de uso intensivo de calor, como caldeiras, trocadores de calor e linhas de vapor, o aço inoxidável austenítico continuará sendo a escolha mais popular.