Aço inoxidável 321: Composição, propriedades físicas e aplicação

I. Introdução ao aço inoxidável 321

O aço inoxidável 321 é um aço inoxidável austenítico Ni-Cr-Ti utilizado no fabrico de recipientes resistentes a ácidos e de revestimentos de equipamentos e condutas resistentes ao desgaste.

• Grau japonês: SUS321
• Grau britânico: 304S12, 321920
• Grau alemão: X10CrNiTi189
• Também conhecido como: Aço inoxidável austenítico
• Características: Resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas, resistência à fluência
• Aplicações: Aplicações industriais com elevados requisitos de resistência à corrosão intergranular.

O aço inoxidável 321 é criado através da adição de um elemento de titânio à composição de base do aço inoxidável 304. O seu desempenho é muito semelhante ao do aço inoxidável 304.

A adição de titânio resulta numa resistência excecional à corrosão ácida e alcalina. Mesmo uma pequena quantidade de titânio (cerca de 1%) adicionada ao aço inoxidável pode aumentar significativamente a sua resistência à ferrugem.

O aço inoxidável austenítico é propenso a sensibilização quando exposto a temperaturas entre 450 ℃ e 850 ℃.

Durante a sensibilização, os carbonetos, principalmente o carboneto de crómio (C23C6), precipitam ao longo dos limites de grão e de gémeos, o que resulta em danos na vizinhança elementos de liga. Isto leva a corrosão intergranular em ambientes corrosivos específicos.

O aço inoxidável 321 é capaz de suportar a formação de carboneto de crómio entre 426 ℃ e 815 ℃ devido à adição de titânio como elemento estabilizador. Como resultado, apresenta melhor resistência à corrosão intergranular, desempenho em alta temperatura e maior resistência à fluência e fraturas por estresse do que 304 e 304L.

Além disso, o 321 também possui excelente tenacidade a baixa temperatura, formabilidade e soldadura propriedades. Não necessita de recozimento após a soldadura.

A caraterística do aço inoxidável 321 é a presença de Ti como elemento estabilizador.

No entanto, é também uma variedade de aço resistente ao calor com um aspeto muito melhor a altas temperaturas em comparação com o 316L.

Em diferentes concentrações e temperaturas de ácidos orgânicos e inorgânicos, especialmente em meios oxidantes, o aço inoxidável 321 apresenta uma excelente resistência ao desgaste e à corrosão. É utilizado no fabrico de recipientes para ácidos, revestimentos e condutas resistentes ao desgaste.

O aço inoxidável 321 é um tipo de aço inoxidável austenítico Ni-Cr-Ti. O seu desempenho é muito semelhante ao do 304, mas a adição do metal titânio confere-lhe uma melhor resistência à corrosão intergranular e uma resistência a altas temperaturas. A adição de titânio controla eficazmente a formação de carboneto de crómio.

O aço inoxidável 321 tem uma excelente resistência à rutura por tensão a alta temperatura e à fluência a alta temperatura. As suas propriedades mecânicas de tensão são superiores às do aço inoxidável 304.

II. Composição do aço inoxidável 321

III. Aço inoxidável 321 Propriedade física

Propriedades mecânicas

• Resistência à tração (σb) (MPa): ≥520
• Resistência ao escoamento (σ0,2) (MPa): ≥205
• Alongamento (δs) (%): ≥40
• Redução da área (ψ) (%): ≥50
• Dureza: ≤187HB; ≤90HRB; ≤200HV

IV. Aplicações do aço inoxidável 321

A adição de titânio ao aço inoxidável 321 aumenta a sua adequação a aplicações a altas temperaturas, tornando-o uma melhor escolha do que o aço inoxidável 304, que pode sofrer reacções de sensibilização, e o aço inoxidável 304L, que pode não ter resistência suficiente a altas temperaturas.

Utilizações comuns do aço inoxidável 321 chapa de aço e os produtos tubulares incluem juntas de dilatação térmica, tubos corrugados, componentes para sistemas de escape de aeronaves, invólucros para elementos de aquecimento, componentes do corpo do forno e permutadores de calor.

Além disso, pode ser utilizado em áreas em que é necessária uma elevada resistência à corrosão anti-grão, como nas indústrias química, do carvão e do petróleo, para máquinas exteriores expostas aos elementos, materiais de construção resistentes ao calor e peças que são difíceis de tratar termicamente, como:

• Condutas de combustão de gases residuais do petróleo
• Tubos de escape do motor
• Caldeiras, permutadores de calor, componentes de fornos de aquecimento
• Componentes silenciosos para motores diesel
• Recipientes sob pressão para caldeiras
• Veículos de transporte de produtos químicos
• Juntas de dilatação
• Tubos soldados em espiral para condutas de fornos e secadores

V. Aço inoxidável 321 Tolerâncias

Dimensões e desvios admissíveis do aço inoxidável 321.

A fórmula de peso para tubos de aço inoxidável: [(Diâmetro exterior - Espessura da parede) * Espessura da parede] * 0,02491 = kg/m (peso por metro).

VI. Especificações de tratamento térmico e microestrutura

Especificações do tratamento térmico:

1) Tratamento térmico de solução a 920-1150 ℃ com arrefecimento rápido;

2) O tratamento de estabilização pode ser realizado mediante solicitação a uma temperatura de tratamento térmico de 850-930 ℃, mas deve ser especificado no contrato.

3) A temperatura da solução não deve exceder 1066 ℃. Se isso acontecer, um tratamento de estabilização deve ser realizado para evitar a precipitação de cromo.

Microestrutura:

Caracterizado por uma estrutura austenítica.

Condição de entrega: O produto é geralmente fornecido num estado tratado termicamente. O tipo de tratamento térmico é especificado no contrato. Se não for especificado, o produto é entregue num estado não tratado.

VII. Diferenças entre o aço inoxidável 304 e 321

Tanto o 304 como o 321 pertencem à série 300 de aço inoxidável e apresentam poucas diferenças em termos de resistência à corrosão.

No entanto, em condições de resistência ao calor de 500-600 graus Celsius, o aço inoxidável 321 é utilizado maioritariamente. Um tipo de aço resistente ao calor denominado 321H, com um teor ligeiramente mais elevado de teor de carbono O 321, semelhante ao 1Cr18Ni9Ti da China, foi especialmente desenvolvido no estrangeiro.

Uma quantidade moderada de Ti é adicionada ao aço inoxidável para aumentar a sua resistência à corrosão intergranular.

Este facto deveu-se à incapacidade de reduzir o teor de carbono no aço no início da produção de aço inoxidável devido à baixa tecnologia de fundição, pelo que foi utilizado o método de adição de outros elementos.

Com os avanços tecnológicos, podem agora ser produzidas variedades de aço inoxidável com baixo teor de carbono e ultra-baixo teor de carbono, daí a utilização generalizada do material 304.

Nesta altura, as características de resistência ao calor do 321, 321H ou 1Cr18Ni9Ti tornam-se evidentes.

304 é 0Cr18Ni9Ti, e 321 é 304 com Ti adicionado para melhorar as tendências de corrosão intergranular.

O Ti no aço inoxidável 321 actua como um elemento estabilizador, mas é também um tipo de aço resistente ao calor, muito melhor a altas temperaturas do que o 316L.

O aço inoxidável 321 tem uma excelente resistência ao desgaste em diferentes concentrações e temperaturas de ácidos orgânicos, especialmente em meios oxidantes, e é utilizado para fabricar recipientes de ácido resistentes ao desgaste e revestimentos de equipamento resistentes ao desgaste e tubos de transporte.

O aço inoxidável 321 é um aço inoxidável austenítico Ni-Cr-Mo, o seu desempenho é muito semelhante ao do 304, mas a adição de titânio metálico confere-lhe uma melhor resistência à corrosão intergranular e resistência a altas temperaturas.

A adição de titânio metálico controla eficazmente a formação de carboneto de crómio.

O aço inoxidável 321 apresenta propriedades mecânicas de resistência à rutura por tensão a alta temperatura e à fluência a alta temperatura superiores às do aço inoxidável 304.

Os principais componentes do aço inoxidável 304 e do aço inoxidável 304L contêm 18% de crómio (Cr) e 8% de níquel (Ni); a sua principal diferença é que o aço inoxidável 304L é um aço 304 com baixo teor de carbono, em condições normais, a resistência à corrosão do aço inoxidável 304L é semelhante à do aço inoxidável 304, mas após a soldadura ou o alívio de tensões, o aço inoxidável 304L tem uma excelente resistência à corrosão intergranular.

Em termos de preço, o aço inoxidável 304L é superior ao aço inoxidável 304. O aço inoxidável 304L é um aço inoxidável de baixo carbono, principalmente adequado para processos de soldadura. Durante a soldadura, a utilização do aço inoxidável 304L pode reduzir eficazmente a corrosão da soldadura.

De acordo com as normas de dureza, o aço inoxidável 304 é superior ao aço inoxidável 304L porque o teor de carbono afecta diretamente a dureza do aço inoxidável. Existe também a série de aço inoxidável 304H, em que H significa elevado teor de carbono.

O 304L é uma variante do aço inoxidável 304 com um teor de carbono inferior, utilizado para ocasiões de soldadura.

O baixo teor de carbono reduz ao mínimo os carbonetos precipitados na zona afetada pelo calor perto da soldadura, e a precipitação de carbonetos pode causar a corrosão intergranular (deterioração da soldadura) do aço inoxidável em certos ambientes.

Aço inoxidável 304 vs 321

304 e 321 são ambos aços inoxidáveis austeníticos, e o seu aspeto e propriedades físicas são muito semelhantes. A única diferença ligeira reside na sua composição química:

Em primeiro lugar, o aço inoxidável 321 requer vestígios do elemento titânio (Ti) (de acordo com a norma ASTM A182-2008, o seu teor de Ti não deve ser inferior a 5 vezes o teor de carbono (C), mas não superior a 0,7%. Note-se que tanto o 304 como o 321 têm um teor de carbono (C) de 0,08%), enquanto o 304 não contém titânio (Ti).

Em segundo lugar, os requisitos para o teor de níquel (Ni) são ligeiramente diferentes, com o 304 entre 8% e 11%, e o 321 entre 9% e 12%.

Em terceiro lugar, os requisitos para o teor de crómio (Cr) são ligeiramente diferentes, com o 304 entre 18-20% e o 321 entre 17-19%.