As Aços Inoxidáveis

Aços Inoxidáveis martensíticos

1.2- Composição

Os aços inoxidáveis martensiticos são ligas a base de Fe-Cr, sendo que esses aços são geralmente os que apresentam uma menor quantidade de elementos de liga e consequentemente um menor custo.  As ligas inoxidáveis martensiticas apresentam um teor de Cr entre 10,5%p a 18%p., sendo esse teor geralmente inferior ao presente nas ligas ferritica, duplex e austenitica. Já o teor de carbono que pode alcançar ate 2,2%p. é geralmente superior ao dos demais aços inoxidáveis.

A elevação do teor de Cr favorece a resistência a corrosão tanto em relação a corrosão uniforme quanto em relação a corrosão localizada por pite. No entanto a concentração do Cr nas ligas inoxidáveis martensticas é limitada devido ao fato de que esse elemento favorece a presença da ferrita na matriz martensitica. Esse efeito do Cr em favorecer a formação da ferrita é compensado pela presença do carbono que por ser austenitizante inibe a formação da ferrita. Assim, as ligas martensiticas que contém um baixo teor de carbono contém um baixo teor de Cr para evitar a formação da ferrita.  

A elevação do teor de carbono favorece o aumento da resistência mecânica e da resistência ao desgaste por abrasão, no entanto, devido a formação dos carbonetos diminui significativamente a tenacidade, a resistência a corrosão e a soldabilidade da liga. Geralmente nas ligas que contém um alto teor de carbono é adicionado um teor mais elevado de Cr para compensar o empobrecimento de Cr na solução sólida devido a formação dos carbonetos ricos em Cr.

Além do Cr, Mn e C os aços inoxidáveis martensiticos também podem contém outros elementos de liga como o Mo, V, Ni, Nb, Se, Si e Co.

O Mo e/ou o V são adicionados são adicionados para aumentar a dureza e a resistência mecânica das ligas martensiticas revenidas em temperaturas elevadas entre 650◦C a 750◦C. Esse efeito conhecido como aumento da resistência do revenido ocorre devido a formação dos precipitados M2X, sendo o M constituído principalmente pelo V e/ou Mo e o X por C e/ou N. A presença desses precipitados eleva a resistência mecânica e a dureza da liga sem, no entanto, diminuir significativamente a ductilidade e a tenacidade da liga. O Mo também eleva significativamente a resistência a corrosão por pite da liga sendo frequentemente adicionado nas ligas que vão sem utilizadas em meios que contem cloreto como a atmosfera marinha e a água do mar. Já o  Vanádio também é utilizado para elevar a resistência a fluência da liga devido a formação de carboneto de vanádio, o qual é estável até uma temperatura  de 550◦C. Quando o teor de V é muito elevado como 9%p. pode ocorrer a segregação desse elemento nos contornos de grãos o que fragiliza a liga,  sendo que nesse caso a liga deve ser obtida através de metalurgia do pó.

O Ni é adicionado principalmente para evitar a formação da ferrita devido ao seu efeito gamogeno. O Ni é geralmente adicionado nas ligas que contém o Mo e o V para compensar o efeito alfogeno desses elementos. No entanto, o Ni não deve ser adicionado acima de uma determinada concentração, já que esse elemento por favorecer a austenita diminui a temperatura critica inferior. E ao ser adicionado acima de uma determinada concentração diminui a temperatura máxima na qual o revenimento pode ser realizado para um valor abaixo do valor necessário para revenir ligas que necessitam de uma tenacidade  adequada, como é o caso das ligas utilizadas como paleta de turbina.

O Nb também é utilizado para elevar a resistência a fluência da liga e o Se é adicionado para favorecer a usinabilidade da liga.

As ligas inoxidáveis martensiticas que contem um baixo teor de C  significativamente menor que o das ligas tradicionais e consequentemente uma resistência a corrosão, uma tenacidade  e uma soldabilidade relativamente elevada são denominadas de super martensiticas.  Essas ligas contem um  teor de carbono entre 0,01%p. e 0,03%p., um teor de Cr entre 11%p a 13%p. e um teor de Ni entre 2%p. a 6%p. Essas ligas geralmente contem Mo em um teor entre 1 a 2%p. Essas ligas podem também conter N com um teor máximo de 0,04%p.

1.3- Propriedades mecânicas.

As ligas inoxidáveis martensiticas tradicionais apresentam uma dureza e uma resistência mecânica geralmente superior ao dos aços inoxidáveis ferriticos, austeniticos e duplex.  No entanto a ductilidade e a tenacidade são geralmente inferiores à das demais ligas inoxidáveis.

Os aços inoxidáveis martensiticos  revenidos a uma temperatura entre  650◦C  a 750◦C e  com um teor de  C entre 0,1 a 0,15%p. e um teor de Cr em torno de 12%p. são as ligas martensiticas tradicionais que apresentam uma maior resistência ao impacto sendo normalmente utilizadas como paletas de turbina. A presença de Mo ou V aumenta a resistência ao desgaste por abrasão dessas ligas e a adição de V e Nb permite que elas resistam a fluência ate uma temperatura de 550◦C.

As ligas martensiticas com teor de C mais elevado são as que apresentam um teor de C mais elevado são as que apresentam uma maior resistência mecânica e uma maior resistência ao desgaste por abrasão, sendo utilizadas em aplicações como válvulas de alta pressão, bisturi cirúrgico, facas, lamina de barbear, serras e implementos agrícolas. A adição de Mo e V aumentam significativamente a dureza da liga devido a formação dos carbonetos M2X.

1.4- Resistencia a corrosão

As ligas de aço inoxidável  martensitico são geralmente as ligas inoxidáveis que apresentam menor resistência a corrosão, devido ao menor teor de Cr e ao maior teor de C  presentes nas ligas martensiticas convencionais.  Portanto, para elevar a resistência à corrosão das ligas martensiticas  foram desenvolvidas ligas com baixo teor de C e um teor mais elevado de Cr. Nas ligas que são utilizadas em ambientes nos quais pode ocorrer a corrosão por pite, é também adicionado o Mo em teores que pode chegar a 2%p. No entanto, como a elevação dos teores de Cr e Mo e a diminuição do carbono favorece a formação da ferrita é adicionado o Ni nessas ligas já que esse elemento estabiliza a austenita inibindo assim a formação da ferrita .

As ligas inoxidáveis martensiticas com maior resistência a corrosão tanto uniforme como  por pite são as ligas conhecida como super martensiticas , sendo que esse comportamento se deve principalmente ao baixo teor de carbono presente na liga, geralmente abaixo de 0,03%p. o que reduz significativamente a presença dos carbonetos ricos em Cr ,M23C6,. As ligas super martensiticas comerciais geralmente apresentam um teor de Cr entre 12 e 13%p. No entanto para elevar a resistência a corrosão por pite  dessas ligas foram desenvolvidas nos últimos anos ligas contendo um teor de Cr entre 15%p a 16%p. e um teor de Mo próximo a 2%p. Para permitir a formação de uma fração volumétrica adequada de martensitca s é adicionado nessas ligas um teor elevado de Ni, em torno de 6%p. Essas liga também podem conter elementos de liga como o Cu, Ti, Nb e W.