Aço 12Ni19 (DIN 17174) – Têmpera e Revenimento: Especificações e Propriedades
Visão Geral do 12Ni19 (DIN 17174)
O 12Ni19 (número de material 1.5680) é um aço de níquel de média liga (≈4,9% Ni) para serviço em temperatura extremamente baixa, conforme DIN 17174 (atual: EN 10222-3, EN 10216-4). Designação: 12 = ~0,12% C (real 0,15%), Ni19 = ~4,9% Ni (19×0,25%).
Fornecido na condição QT (Quenched & Tempered), é o aço de escolha para serviço criogênico severo até -196°C (nitrogênio líquido, hélio líquido), oferecendo a melhor relação custo-benefício entre aços ferrosos para estas aplicações.
Composição Química (% em peso)
| Elemento |
Teor |
| Carbono (C) | 0,15% |
| Manganês (Mn) | 0,30 - 0,80% |
| Níquel (Ni) | 4,50 - 5,30% |
| Fósforo (P) | ≤ 0,03% |
| Silício (Si) | 0,35% |
| Enxofre (S) | ≤ 0,02% |
| Vanádio (V) | 0,05% |
Tratamento Térmico QT
- Austenitização: 860-900°C (temperatura menor que 10Ni14 devido ao maior Ni)
- Têmpera: Água ou óleo (dependendo da seção)
- Revenimento: 580-630°C
- Microestrutura: Martensita revenida fina com austenita retida estável (~5-10%)
Propriedades Mecânicas a 20°C
| Propriedade |
Valor |
Direção |
| Resistência à Tração (Rm) | 510 - 710 MPa | Longitudinal / Transversal |
| Limite de Escoamento (ReH/Rp0,2) | 380 - 390 MPa | Longitudinal / Transversal |
| Alongamento (A) | 19% | Longitudinal |
| Alongamento Transversal | 17% | Transversal |
| Densidade | 7,86 g/cm³ | 20°C |
| Coeficiente de Poisson | 0,29 | 23°C, típico aço Ni |
| Módulo de Cisalhamento | 76 GPa | 23°C, típico aço Ni |
Tenacidade ao Impacto (Charpy V) – Diferencial Crítico
| Temperatura |
Energia Mínima (J) |
Energia Típica (J) |
| 20°C | > 100 | 150-200 |
| -100°C | > 60 | 80-120 |
| -162°C (GNL) | > 40 | 60-90 |
| -196°C (N₂ líquido) | > 27 | 40-70 |
Valores típicos para espessuras ≤ 100mm. Requisitos específicos por código (ex: EN 13445, ASME VIII Div.1 UHA-51).
Módulo de Elasticidade vs. Temperatura
| Temp. (°C) |
E (GPa) |
| -100 | 210 |
| 20 | 204 |
| 100 | 199 |
| 200 | 193 |
| 300 | 186 |
| 400 | 178 |
Propriedades Térmicas
| Temp. (°C) |
α (10⁻⁶ 1/K) |
Cp (J/kg·K) |
λ (W/m·K) |
a (mm²/s) |
| -100 | 10,2 | 440 | 29,5 | - |
| 20 | 11,2 | 463 | 36,2 | 10,0 |
| 100 | 11,7 | 477 | 38,5 | 10,0 |
| 200 | 12,1 | 494 | 39,0 | 9,6 |
| 300 | 12,5 | 510 | 38,3 | 8,8 |
| 400 | 12,8 | 529 | 36,2 | 7,7 |
Resistividade Elétrica vs. Temperatura
| Temp. (°C) |
ρ (Ω·m) |
| -100 | 1,95 × 10⁻⁷ |
| 20 | 2,61 × 10⁻⁷ |
| 100 | 3,10 × 10⁻⁷ |
| 200 | 3,78 × 10⁻⁷ |
| 300 | 4,57 × 10⁻⁷ |
| 400 | 5,57 × 10⁻⁷ |
Ponto de Fusão
1316 - 1595 °C
Aplicações Críticas – Serviço Criogênico Extremo
- Armazenamento e transporte de GNL (-162°C): Tanques de membrana, tanques tipo Moss, navios tanque
- Separação de ar: Colunas de destilação criogênica, trocadores de calor (O₂, N₂, Ar líquidos)
- Hélio líquido (-269°C): Componentes não-soldados, instrumentação (com qualificação especial)
- Hidrogênio líquido (-253°C): Tanques de foguetes, infraestrutura H₂
- Etileno líquido (-104°C): Vasos de pressão, tubulações
- Indústria aeroespacial: Tanques de propelente criogênico
Soldagem do 12Ni19
- Pré-aquecimento obrigatório: 100-150°C (maior teor de Ni endurece ZAAC)
- Temperatura de interpasso: Máx. 200-250°C
- Metal de adição:
- E8018-G / E9018-G (eletrodos baixo H₂, Ni 1-2%)
- ER80S-G / ER90S-G (TIG/MIG)
- ENiCrMo-3 (liga 625) para máxima tenacidade ZAAC
- Tratamento pós-soldagem: Alívio de tensão 560-600°C (cuidado: pode reduzir tenacidade se exceder tempo)
- Controle de hidrogênio: < 5 ml/100g metal depositado (eletrodos secos, fluxo seco)
Comparação: 10Ni14 vs. 12Ni19 vs. Aços Inoxidáveis Austeníticos
| Propriedade |
10Ni14 (QT) |
12Ni19 (QT) |
304/304L (ST) |
316/316L (ST) |
| % Ni | ~3,5% | ~4,9% | 8-10% | 10-14% |
| Temp. mín. serviço | -100°C | -196°C | -269°C | -269°C |
| Rm (MPa) | 470-640 | 510-710 | 515-620 | 515-620 |
| Re (MPa) | 335-345 | 380-390 | 205-240 | 205-240 |
| Tenacidade -196°C | Limitada | Excelente | Excelente | Excelente |
| Custo relativo | 1,0x | 1,3-1,5x | 2,5-3,0x | 3,0-3,5x |
| Soldabilidade | Boa | Moderada | Excelente | Excelente |
| Magnético | Sim | Sim | Não | Não |
Normas e Equivalências
| Norma |
Designação |
Aplicação |
| DIN 17174 | 12Ni19 (1.5680) | Norma original |
| EN 10222-3 | 12Ni19 (1.5680) | Forjados criogênicos |
| EN 10216-4 | 12Ni19 (1.5680) | Tubos sem costura |
| ASTM A350 | LF9 | Forjados baixa temperatura |
| ASME SA-350 | LF9 | Código ASME |
| ASTM A333 | Grade 8 | Tubos sem costura |
| UNS | K22035 | Designação unificada |
Controle de Qualidade para Serviço Criogênico
- Ensaio de impacto Charpy V a -196°C (100% das placas/forjados, por lote de tratamento térmico)
- Exame ultrassônico (EN 10160 / ASTM A388) para laminados/forjados
- Análise química por colheita (ladle + product analysis)
- Dureza verificação pós-QT (tipicamente 180-230 HB)
- Metalografia: Tamanho de grão ASTM 5 ou mais fino, ausência de bainita superior
- Certificação: EN 10204 3.2 (inspeção terceirizada) usualmente requerida
