Propriedades do aço inoxidável fundido

1. Introdução

Aços inoxidáveis ​​fundidos combinam resistência à corrosão, boa resistência mecânica e moldabilidade para formas complexas.

Eles são usados ​​onde a corrosão, temperatura, ou requisitos sanitários excluem aços carbono comuns e onde a fabricação de geometria complexa a partir de chapa forjada seria cara ou impossível.

O desempenho depende da família da liga (austenítico, duplex, ferrítico, martensítico, Hardening de precipitação), Método de fundição, tratamento térmico e controle de qualidade.

A especificação adequada e o controle do processo são essenciais para evitar fases fragilizadas e defeitos de fundição que podem anular as vantagens intrínsecas do metal.

2. Definição Central & Classificação de aço inoxidável fundido

Definição central - o que queremos dizer com “aço inoxidável fundido”

Elenco aço inoxidável refere-se a ligas de ferro contendo cromo que são produzidas despejando a liga fundida em um molde e permitindo que ela solidifique., em seguida, acabamento e tratamento térmico conforme necessário.

A característica definidora que os torna “inoxidáveis” é um conteúdo de cromo suficiente (e muitas vezes outros elementos de liga) formar e manter uma continuidade, óxido de cromo autocurativo (Cr₂o₃) filme que reduz drasticamente a corrosão geral.

Fundições são usadas onde geometria complexa, recursos integrais (passagens, mandando, costelas), ou as vantagens econômicas da fundição superam os benefícios da fabricação forjada.

Resumo família por família (mesa)

Convenções de nomenclatura & notas de elenco comuns (nota prática)

• As classes de aço inoxidável fundido costumam usar designações de fundição em vez de números forjados (por exemplo: CF8 ≈ 304, CF8M ≈ 316 equivalentes em muitas especificações).
  Esses códigos de fundição e nomes de ligas variam de acordo com o sistema padrão (ASTM, EM, ELE, etc.).
• “FC” / “CA” / "CD" prefixos são típicos em alguns padrões para denotar agrupamentos fundidos austeníticos/ferríticos/duplex; os fabricantes também podem usar nomes proprietários.
  Sempre especifique ambos os gama química e o exigência de tratamento mecânico/térmico nos documentos de aquisição para evitar ambiguidade.

3. Metalurgia e Microestrutura

Famílias de ligas e suas características definidoras

• Austenítico (por exemplo, 304, 316, Equivalentes CF8/CF3 em elenco): face centrada cúbica (FCC) matriz de ferro estabilizada por níquel (ou nitrogênio).
  Excelente tenacidade e ductilidade, excelente resistência geral à corrosão; suscetível a corrosão por cloreto e fissuração por corrosão sob tensão (CCS) em alguns ambientes.
• Dúplex (por exemplo, 2205-digite equivalentes de conversão): ferrita aproximadamente igual (cúbica de corpo centrado, CCO) + fases de austenita.
  Alta resistência, resistência superior à corrosão/fissuras e melhor resistência ao SCC do que os austeníticos devido à menor formação de zonas empobrecidas em cromo; requer controle de resfriamento para evitar fases frágeis.
• Ferrítico: principalmente BCC estabilizado com cromo; melhor desempenho contra corrosão sob tensão em alguns ambientes, menor tenacidade em baixa temperatura em comparação com austeníticos.
• Martensítico: tratável termicamente, pode ser feito muito forte e duro, resistência à corrosão moderada em comparação com austenítico e duplex; usado para peças fundidas resistentes ao desgaste.
• Endurecimento por precipitação (PH): ligas que podem ser endurecidas por envelhecimento (Graus de PH à base de Ni ou inoxidável), oferecendo alta resistência com resistência à corrosão razoável.

Preocupações microestruturais críticas

• Precipitação de carboneto (M₂₃c₆, M₆C) e Sigma (um) fase a formação ocorre quando as peças fundidas são mantidas por muito tempo na faixa de 600–900 °C (ou resfriado lentamente através dele).
  Estes frágeis, fases ricas em cromo esgotam a matriz de cromo e reduzem a tenacidade e a resistência à corrosão.
• Intermetálicos e inclusões (por exemplo, silicietos, sulfetos) podem atuar como iniciadores de crack.
• Segregação (não uniformidade química) é inerente à fundição e deve ser minimizado pelo controle de fusão e solidificação e, às vezes, por tratamentos térmicos de homogeneização.

4. Propriedades físicas do aço inoxidável fundido

Os valores acima são faixas de engenharia representativas. Sempre consulte os dados do fornecedor para o grau especificado, rota de fundição e estado de tratamento térmico.

5. Elétrica & Propriedades magnéticas do aço inoxidável fundido

• Resistividade Elétrica: Aços inoxidáveis ​​fundidos austeníticos (CF8, CF3M) tem alta resistividade (700–750 nΩ·m a 25°C)—3× maior que o aço carbono fundido (200 nω · m).
  Isso os torna adequados para aplicações de isolamento elétrico (por exemplo, Altas do transformador).
• Magnetismo: Classes austeníticas (CF8, CF3M) são não magnético (permeabilidade relativa μ ≤1,005) devido à sua estrutura FCC – crítica para dispositivos médicos (por exemplo, Componentes compatíveis com ressonância magnética) ou gabinetes eletrônicos.
  Ferrítico (CB30) e martensítico (CA15) as classes são ferromagnéticas, limitando seu uso em ambientes sensíveis ao magnetismo.

6. Processos de fundição e como eles afetam as propriedades

Rotas de fundição comuns para aço inoxidável:

• Fundição em areia (areia verde, areia de resina): flexível para peças grandes ou complexas.
  Microestrutura mais grosseira e maior risco de porosidade, a menos que seja controlado. Adequado para muitos corpos de bombas e válvulas grandes.
• Investimento (Lost Wax) fundição: excelente acabamento superficial e precisão dimensional; frequentemente usado para menores, peças complexas que exigem tolerâncias restritas.
• Elenco centrífugo: produz som, peças cilíndricas de granulação fina (tubos, mangas) com solidificação direcional que minimiza defeitos internos.
• Fundição em concha e a vácuo: maior limpeza e redução do aprisionamento de gás para aplicações críticas.

Influências do processo:

• Taxa de resfriamento afeta o espaçamento dos dendritos; resfriamento mais rápido (investimento, centrífugo) → microestrutura mais fina → propriedades mecânicas geralmente melhores.
• Limpeza do derretimento e prática de vazamento determinar os níveis de inclusão e bifilme que influenciam diretamente a fadiga e a estanqueidade.
• Solidificação direcional e design de risering minimizar cavidades de contração.

7. Propriedades mecânicas do aço inoxidável fundido

Resistência e ductilidade

• Fundições austeníticas: boa ductilidade e tenacidade; UTS normalmente em meados de centenas de MPa; ductilidade alta (alongamento geralmente de 20 a 40% em 316L fundido quando livre de defeitos).
• Fundições duplex: maior rendimento e UTS devido à ferrita + austenita; UTS típico ~600–900 MPa com rendimento frequentemente >350 MPa.
• Fundições martensíticas/PH: pode atingir UTS e dureza muito altos, mas com ductilidade reduzida.

Fadiga

• A vida de fadiga é muito sensível para defeitos de fundição: porosidade, inclusões, rugosidade e encolhimento da superfície são iniciadores de trincas comuns.
  Para cargas rotativas ou cíclicas, processos de baixa porosidade, shot peening, QUADRIL (Pressionamento isostático quente), e usinagem de superfície são comumente usados ​​para melhorar o desempenho de fadiga.

Fluência e temperatura elevada

• Algumas classes de aço inoxidável (especialmente de alta liga e duplex) reter a resistência em temperaturas elevadas; no entanto, o desempenho de fluência a longo prazo precisa ser compatível com a liga e a vida útil esperada.
  A precipitação de carboneto/fase σ sob exposição térmica pode reduzir severamente a fluência e a tenacidade.

8. Tratamento térmico, controle de microestrutura e estabilidade de fase

Recozimento da solução (típico)

• Propósito: dissolver precipitados indesejáveis ​​e restaurar uma matriz austenítica/ferrítica uniforme; recuperar a resistência à corrosão retornando o cromo à solução sólida.
• Regime típico: aquecer até a temperatura apropriada da solução (frequentemente 1.040–1.100 °C para muitos austeníticos), segure para homogeneizar, então extinção rápida para reter os elementos resolvidos. A temperatura/tempo exato depende do grau e da espessura da seção.
• Advertência: cadinho e tamanho da seção limitam taxas de têmpera alcançáveis; seções pesadas podem exigir procedimentos especiais.

Envelhecimento e precipitação

• Dúplex e martensítico as notas podem ser envelhecidas para controle de propriedade; As janelas de envelhecimento/tempo-temperatura devem evitar sigma e outras fases deletérias.
• Excesso de envelhecimento ou históricos térmicos inadequados produzem carbonetos e sigma que fragilizam e reduzem a resistência à corrosão.

Evitando a fase sigma e o esgotamento do cromo

• Controle de resfriamento através da faixa de temperatura vulnerável, evite retenção prolongada entre ~600–900 °C, e use recozimento pós-soldagem ou solução quando necessário.
  A seleção de materiais e o projeto de tratamento térmico são as principais defesas.

9. Resistência à corrosão – Vantagem central do aço inoxidável fundido

A resistência à corrosão é a principal razão pela qual os engenheiros escolhem o aço inoxidável fundido.

Ao contrário de muitos metais estruturais que dependem de revestimentos volumosos ou de proteção sacrificial, os aços inoxidáveis ​​ganham resistência ambiental durável devido à sua química e reatividade superficial.

Como os aços inoxidáveis ​​resistem à corrosão — o conceito de filme passivo

• Proteção passiva: O cromo na liga reage com o oxigênio para formar uma fina, camada contínua de óxido de cromo (Cr₂o₃).
  Este filme tem apenas nanômetros de espessura, mas é altamente eficaz: reduz o transporte iônico, bloqueia a dissolução anódica, e - crucialmente - é autocura quando danificado, desde que haja oxigênio disponível.
• Sinergia de liga: Níquel, o molibdênio e o nitrogênio estabilizam a matriz e melhoram a resistência do filme passivo à ruptura local (especialmente em ambientes de cloreto).
  A estabilidade do filme passivo é, portanto, um resultado da química, condição de superfície, e ambiente local.

Formas de corrosão importantes para aços inoxidáveis ​​fundidos

A compreensão dos prováveis ​​modos de falha concentra-se na seleção e no projeto de materiais:

• Em geral (uniforme) corrosão: Raro para aço inoxidável com liga adequada na maioria das atmosferas industriais – o filme passivo mantém a perda uniforme muito baixa.
• Corrosão: Localizado, frequentemente poços pequenos e profundos iniciados quando o filme passivo se rompe localmente (cloretos são o iniciador clássico). A corrosão pode ser crítica porque pequenos defeitos penetram rapidamente.
• Corrosão em fendas: Ocorre dentro de lacunas protegidas onde o oxigênio se esgota; o gradiente de oxigênio estimula a acidificação local e a concentração de cloreto, minando a passividade dentro da fenda.
• Fissuração por corrosão sob tensão (CCS): Um mecanismo de craqueamento frágil que requer uma liga suscetível (comumente inoxidável austenítico em ambientes de cloreto), estresse de tração, e um ambiente específico (esquentar, contendo cloreto). O SCC pode aparecer repentina e catastroficamente.
• Corrosão influenciada microbianamente (Microfone): Biofilmes e metabolismo microbiano (por exemplo, bactérias redutoras de sulfato) pode produzir produtos químicos localizados que atacam peças fundidas de aço inoxidável, particularmente em fendas estagnadas ou de baixo fluxo.
• Erosão-corrosão: Combinação de desgaste mecânico e ataque químico, muitas vezes onde alta velocidade ou impacto removem a película protetora e expõem metal fresco.

O papel da liga — o que especificar e por quê

Certos elementos influenciam fortemente a resistência à corrosão localizada:

• Cromo (Cr): Fundação da passividade; conteúdo mínimo define comportamento “inobrável”.
• Molibdênio (Mo): Muito eficaz no aumento da resistência à corrosão e fissuras — essencial para serviços de água do mar e cloreto.
• Azoto (N): Fortalece a austenita e melhora muito a resistência à corrosão (pequenas adições eficientes).
• Níquel (Em): Estabiliza a austenita e suporta tenacidade e ductilidade.
• Cobre, tungstênio, Nb/Ti: Usado em ligas especializadas para ambientes de nicho.

Um índice comparativo útil é o Número Equivalente de Resistência à Picagem (Madeira):

PREN=%Cr+3,3×%Mo+16×%N

PREN típico (arredondado, representante):

• 304 / CF8 ≈ ~19 (baixa resistência à corrosão)
• 316 / CF8M ≈ ~ 24 (moderado)
• Dúplex 2205 / CD3MN ≈ ~ 35 (alto)
• Super-austenítico (por exemplo, alto-Mo / 254Equivalentes SMO) ≈ ~40–45 (muito alto)

Regra prática: maior PREN → maior resistência à corrosão por pites/fendas induzida por cloreto. Escolha PREN proporcional à gravidade da exposição.

Drivers ambientais – o que faz o aço inoxidável falhar

• Cloretos (spray do mar, sais descongelantes, fluxos de processo contendo cloreto) são a ameaça externa dominante - eles promovem corrosão, corrosão em fendas e SCC.
• Temperatura: Temperaturas elevadas aceleram o ataque químico e a suscetibilidade ao SCC; a combinação de cloreto + temperatura elevada é particularmente agressiva.
• Estagnação & fendas: Baixo oxigênio e espaços confinados concentram íons agressivos e destroem a passividade local.
• Estresse mecânico: Tensões de tração (residual ou aplicado) são necessários para SCC. O design e o alívio do estresse reduzem o risco.
• Vida microbiana: Biofilmes modificam a química local; O MIC é particularmente relevante em condições úmidas, sistemas mal lavados.

Projeto & estratégias de especificação para maximizar a resistência à corrosão

1. Seleção da nota certa: Combine PREN/química com a exposição – por ex., 316 para cloretos moderados, duplex / graus de alto teor de Mo para água do mar ou fluxos de processo ricos em cloreto.
2. Controle o histórico térmico: Requer recozimento de solução + temperar onde indicado; especifique tempos máximos de resfriamento na janela de formação σ para classes duplex.
3. Qualidade de superfície: Especifique o acabamento superficial, eletropolimento ou polimento mecânico para componentes sanitários ou de alto risco de corrosão; superfícies mais lisas reduzem o início do poço.
4. Detalhamento para evitar fendas: Design para eliminar fendas apertadas, fornecer drenagem e permitir acesso de inspeção. Usar gaxeta, selantes e seleção adequada de fixadores onde as juntas são inevitáveis.
5. Prática de soldagem: Use metais de adição combinados/sobreligados, controlar a entrada de calor, e especifique PWHT ou passivação conforme necessário. Proteja as soldas da sensibilização pós-solda.
6. Isolamento dielétrico: Isole eletricamente as peças inoxidáveis ​​de metais diferentes para evitar a aceleração galvânica da corrosão.
7. Revestimentos & revestimentos: Quando o ambiente excede até mesmo a capacidade de alta liga, use revestimentos ou revestimentos de polímero/cerâmica como primeira linha (ou como backup) — mas não confie apenas em revestimentos para contenção crítica sem disposições de inspeção.
8. Evite tensões de tração em ambientes sensíveis a SCC: Reduza as tensões do projeto, aplicar tratamentos de superfície compressivos (shot peening), e controlar cargas operacionais.

10. Fabricação, Juntando -se, e reparo

Soldagem

• Os aços inoxidáveis ​​fundidos são geralmente soldável, mas é preciso atenção:

• • Combine o metal de adição com a liga base ou selecione um enchimento mais resistente à corrosão para evitar efeitos galvânicos.
  • Controle de pré-aquecimento e interpasses para alguns tipos de martensíticos para gerenciar a dureza e o risco de trincas.
  • Recozimento de solução pós-solda é frequentemente necessário para cargas austeníticas e duplex para restaurar a resistência à corrosão e reduzir tensões residuais.
  • Evite o resfriamento lento que pode produzir fase σ.

Usinagem

• A usinabilidade varia: os aços inoxidáveis ​​austeníticos endurecem e exigem ferramentas afiadas e velocidades apropriadas; classes duplex cortam melhor em alguns casos devido à maior resistência. Use refrigerante e parâmetros de corte apropriados.

Acabamento superficial

• A decapagem e a passivação restauram o óxido de cromo e removem contaminantes de ferro livres.
  O polimento eletroquímico ou o acabamento mecânico melhoram a limpeza, reduz locais com fendas e aumenta a resistência à corrosão.

11. Econômico, considerações sobre ciclo de vida e sustentabilidade

• Custo: o custo da matéria-prima de aço inoxidável fundido é maior do que o aço carbono e o alumínio, e a fundição requer temperaturas de fusão mais altas e custos refratários.
  No entanto, a extensão da vida útil e a manutenção reduzida em ambientes corrosivos podem justificar o prêmio.
• Vida útil: longa vida útil em ambientes corrosivos, menor frequência de substituição e reciclabilidade (o valor da sucata inoxidável é alto) melhorar a economia do ciclo de vida.
• Sustentabilidade: ligas inoxidáveis ​​contêm elementos estrategicamente importantes (Cr, Em, Mo); o fornecimento responsável e a reciclagem são essenciais.
  A energia para a produção inicial é alta, mas a reciclagem do aço inoxidável reduz significativamente a energia incorporada.

12. Análise comparativa: Aço inoxidável fundido vs.. Concorrentes

13. Conclusões

O aço inoxidável fundido ocupa uma posição única e estrategicamente importante entre os materiais de fundição estruturais e resistentes à corrosão.

Uma única propriedade não define seu valor, mas pela combinação sinérgica de resistência à corrosão, resistência mecânica, resistência ao calor, versatilidade em design de liga, e compatibilidade com geometrias de fundição complexas.

Quando avaliado em termos de desempenho, confiabilidade, e métricas do ciclo de vida, o aço inoxidável fundido demonstra consistentemente ser uma solução de alto desempenho para ambientes industriais exigentes.

Geral, o aço inoxidável fundido se destaca como um produto de alta integridade, versátil, escolha de material confiável e confiável para indústrias que exigem resistência à corrosão, durabilidade mecânica, e moldabilidade de precisão.

 

Perguntas frequentes

O aço inoxidável fundido é tão resistente à corrosão quanto o aço inoxidável forjado?

Pode ser, mas apenas se a química do elenco, microestrutura e tratamento térmico atendem aos mesmos padrões.

As peças fundidas têm mais oportunidades de segregação e precipitados; o recozimento da solução e a têmpera rápida são frequentemente necessários para restaurar a resistência total à corrosão.

Como evito a fase sigma em peças fundidas?

Evite longos períodos entre ~600–900 °C; projetar tratamentos térmicos para recozimento e têmpera em solução, e selecione ligas menos propensas a sigma (por exemplo, químicas duplex balanceadas) para histórias térmicas hostis.

Qual aço inoxidável fundido devo escolher para serviço de água do mar?

Ligas duplex com alto teor de PREN ou superausteníticos específicos (MO mais alto, N) normalmente são preferidos. 316/316L pode ser inadequado em zonas de respingos ou onde a água do mar oxigenada flui em alta velocidade.

Os componentes inoxidáveis ​​fundidos são soldáveis ​​no local?

Sim, mas a soldagem pode alterar localmente o equilíbrio metalúrgico. Pode ser necessário tratamento térmico ou passivação pós-soldagem para restaurar a resistência à corrosão perto das soldas.

Qual método de fundição oferece a melhor integridade para peças críticas?

Elenco centrífugo (para peças cilíndricas), fundição de investimento/precisão (para pequenas peças complexas) e fundição em molde a vácuo ou em atmosfera controlada combinada com HIP proporcionam a mais alta integridade e a menor porosidade.

O aço inoxidável fundido é adequado para aplicações de alta temperatura??

Classes austeníticas (CF8, CF3M) são utilizáveis ​​até 870°C; Graus duplex (2205) até 315°C.

Para temperaturas >870°C, use aços inoxidáveis ​​fundidos resistentes ao calor (por exemplo, HK40, com 25% Cr, 20% Em) ou ligas de níquel.