O termo aço inoxidável é empregado para identificar uma família de aços que contêm o elemento cromo em teores iguais ou superiores a 11%, o que lhe confere a característica de elevada resistência à corrosão mecânica (Ettore 1986; Coutinho, 1992; Padilha & Guedes, 1994; Smith, 1999; Lippold & Kotecki; 2005). Este alto teor de cromo confere ainda aos aços inoxidáveis, elevada resistência à oxidação, o que faz com que eles sejam também utilizados em aplicações que requeiram resistência ao calor e à fluência. De acordo com a teoria clássica, nesses aços o mecanismo de proteção contra a corrosão provocada pelo meio
ambiente se dá pela formação de uma fina camada de óxido na superfície do material, consequente do contato com o oxigênio do ar, a qual apresenta características de ser contínua e muito aderente. Assim essas características do filme de óxido protegem toda a superfície do aço inoxidável e, de maneira geral, a resistência contra a corrosão aumenta à medida que mais cromo é adicionado à liga.
Outros elementos, além do cromo, podem ser adicionados ao aço para que a sua resistência à corrosão em meios específicos seja elevada. Elementos químicos como molibdênio, vanádio, tungstênio, silício, nióbio e alumínio, os quais são elementos alfagênios, favorecem a formação da fase ferrítica nos aços inoxidáveis. Por outro lado, elementos como o níquel, manganês, carbono, nitrogênio, cobre, cobalto, os quais são elementos gamagênios, promovem da formação da fase austenítica (Lippold & Kotecki, 2005; Lopes, 2006).
O cromo é o elemento principal sendo este responsável pela resistência à corrosão destes aços e também pela formação da camada protetora na superfície, a qual origina o fenômeno conhecido como passivação. A presença desta camada começa a ser percebida para teores de cromo a partir de 10% e à medida que este teor aumenta, aumenta também a estabilidade da camada. Para determinadas ligas o teor de cromo pode chegar até 29%. O cromo tem uma influência marcante nas propriedades mecânicas sendo estas propriedades melhoradas com a presença de apenas 2% de cromo na liga. No entanto, para teores acima de 29% de cromo na liga, pode haver comprometimento dessas propriedades (Panossian,1993).
A presença crescente desse elemento diminui a capacidade da liga de ser endurecível por têmpera, pois torna cada vez menor a região de estabilidade da austenita, aumentando, consequentemente, a região de estabilidade da ferrita (elemento alfagenos), isto pode ser verificado pelo estudo do efeito do cromo na zona austenítica do diagrama Fe-C, mostrado por meio da Figura 2.1.
Segundo Panossian (1993); Lippold & Kotecki (2005), o níquel, por sua vez, tem o efeito contrário ao do cromo (elemento gamageneo), pois à medida que o seu teor é elevado, a zona de estabilidade da austenita aumenta e, consequentemente, eleva o campo de existência desta fase, se estendendo até a temperatura ambiente. Assim, quando ambos os elementos estão presentes, resulta uma situação de compromisso, e as duas formas alotrópicas, austenita e ferrita, podem se desenvolver nas suas temperaturas apropriadas (Chiaverini, 2005).
A Figura 2.2 mostra o efeito simultâneo dos elementos cromo e níquel na transformação alotrópica do ferro.
Figura 2.1 - Efeito do teor de cromo sobre o campo austenítico do sistema Fe-C. Fonte: (Chiaverini, 2005).
O manganês quando adicionado em pequenas quantidades, associado à presença de níquel melhora substancialmente, as funções atribuídas ao níquel, ao passo que o molibdênio combinado com o cromo tem grande ação na estabilidade do filme de passivação na presença de cloretos (Panossian, 1993).
A função do carbono está diretamente relacionada com o tipo de aço (martensíticos, austeníticos e ferrítico). Nos aços austeníticos, o carbono favorece a formação da austenita, mas é prejudicial com relação à sensitização, à ocorrência de corrosão intergranular. Além destes elementos ainda podem ser adicionados os elementos estabilizadores como titânio, nióbio e tântalo, os quais possuem grande afinidade pelo carbono. Estes elementos são utilizados para impedir ou dificultar a sensitização, devido à formação de carbonetos de cromo. Portanto, o carbono da liga se combina com esses elementos formando carbonetos de titânio (TiC), de nióbio ( NbC) ou de tântalo ( TaC).
Figura 2.2 – Seções uniformes dos diagramas de fases Fe-Cr-Ni para vários teores de cromo Fonte: (Chiaverini, 2005).
A classificação mais simples e mais usada dos aços inoxidáveis é baseada na microestrutura, composição química e fatores cristalográficos, os quais estão relacionados com suas propriedades mecânicas e químicas. Estes aços são divididos em cinco famílias com suas características gerais em termos de propriedades mecânicas e resistência a corrosão (Campbell, 1992; Gentil, 2007; Lincoln, 2000; Modenesi, 2001(a); Lippold & Kotecki, 2005:
• Austeníticos (série 200 e 300 da AISI) • Ferríticos (série 400 da AISI)
• Ferríticos-austeníticos (Duplex,) • Martensíticos (série 400 da AISI) • Endurecidos por precipitação
Os aços inoxidáveis austeníticos são aços ligas ternárias ferro- cromo-níquel, com teores de cromo entre 16 a 26% e de níquel de 7 a 22%, apresentam boas propriedades mecânicas, boa soldabilidade, trabalhabilidade a frio e resistência à corrosão. Estes aços também podem
ser endurecidos por deformação a frio e, neste estado, os tipos mais comuns se tornam
magnéticos. As adições de elementos de liga como o molibdênio e a redução do teor de
carbono melhoram sua resistência à corrosão, principalmente a corrosão por pite, (Gentil, 2007; ASM Handbook, 2003; Lippold & Kotecki, 2005). O níquel é um forte formador de austenita nestes aços, quando adicionado em pequenas quantidades melhora a tenacidade e a soldabilidade da liga e acelera a formação da camada protetora de óxido de cromo (Gentil 2007; Lippold & Kotecki, 2005).
Os aços inoxidáveis ferríticos são ligas ferro-cromo contendo de 10,5 a 30% de cromo com baixo teor de carbono. São magnéticos e apresentam boa resistência à corrosão em meios menos agressivos, boa ductilidade e razoável soldabilidade (Relatório técnico ArcelorMittal, 2009; Panossian,1993; Gentil,2007). Estes aços possuem uma microestrutura constituída de ferrita, solução sólida de carbono em ferro (α), com estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC). Além do ferro e cromo presentes nessas ligas existem ainda, outros elementos como o níquel, molibdênio, titânio entre outros, que aumentam a resistência à corrosão e a soldabilidade destas ligas. O cromo é o elemento responsável pela estabilidade da ferrita, a qual se eleva com o aumento do teor desse elemento (Panossian, 1993; ASM, 1994; Lippold & Kotecki, 2005).