Oxidation Resistance of Stainless Steels

Resistência à oxidação de aços inoxidáveis

A oxidação é a formação de incrustações ricas em óxido. Uma vez formada, a carepa retarda a oxidação adicional, a menos que seja removida mecanicamente ou rachada, o que pode acontecer se o aço se deformar sob carga. No aço inoxidável, usado em temperaturas elevadas temperatura até 1100°C para resistente ao calor Nos tipos de aço, isso é usado de forma vantajosa, pois a carepa formada é predominantemente rica em cromo. A camada de incrustação reformada evitará mais oxidação, mas o metal perdido na formação do óxido reduzirá a resistência efetiva da seção de aço.

A resistência à oxidação depende principalmente da temperatura, da composição do gás e do nível de umidade, e o grau do aço depende principalmente do nível de cromo. Austenítico Os aços inoxidáveis austeníticos são a melhor opção, pois também têm melhor resistência a temperaturas elevadas do que a família ferrítica. As taxas de expansão térmica mais altas dos austeníticos podem resultar em problemas como distorção e podem levar à perda de escala (fragmentação) durante o ciclo térmico.

Condições para a formação de óxido estável
A oxidação depende principalmente do nível de oxigênio disponível na atmosfera. As misturas de gases que envolvem ar, dióxido de carbono e vapor "suportam" a oxidação. A resistência à oxidação se deve à formação de óxidos ricos em cromo (Cr2O3) na superfície do aço. Uma vez formados, esses óxidos só crescem em um ritmo lento, protegendo assim o aço subjacente de mais oxidação. As condições da atmosfera oxidante favorecem a resistência à oxidação adicional. O vapor de água pode afetar negativamente a resistência à oxidação do aço inoxidável. Isso provavelmente é resultado de uma diminuição da plasticidade da camada protetora de óxido. Como regra geral, as temperaturas máximas de serviço para serviço em ar úmido, em comparação com o ar seco, devem ser reduzidas em cerca de 40-65℃. O vapor de alta temperatura deve ser considerado como um caso especial.

Se a camada de óxido rachar sob condições de temperaturas cíclicas, a taxa geral de oxidação aumentará. Isso pode ser um problema para a família austenítica e se reflete em temperaturas máximas de serviço mais baixas em condições de temperatura "intermitente" do que em condições de serviço "contínuo". Em contrapartida, os aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos geralmente têm temperaturas de serviço intermitentes mais altas do que as contínuas.

O teor de cromo é mais importante para proporcionar resistência à oxidação. Embora os níveis de Cr do 18% do ferrítico 430 1.4016 e austenítico 304 1.4301, 316 1.4401 e 3211.4541 oferecem "boa" resistência à oxidação, os aços projetados especificamente para resistir à oxidação geralmente têm níveis mais altos de cromo na faixa de 20-25%, como o grau 310 1.4845.

O níquel também ajuda a melhorar a resistência à oxidação. Isso provavelmente se deve à melhor adesão da camada de óxido.

O silício e o alumínio também são adicionados para melhorar a resistência à oxidação e estão presentes em determinados graus, em quantidades limitadas, pois também podem afetar negativamente a formabilidade e o desempenho de oxidação do aço inoxidável resistente ao calor.

O cálcio adicionado em quantidades menores também pode beneficiar resistência à oxidação.

Elementos de terras raras, incluindo cério e ítrio, também são adicionados para produzir alguns dos graus especializados de resistência ao calor. Essas adições provavelmente têm um efeito semelhante ao do níquel, auxiliando a adesão da camada de óxido rica em cromo à superfície do metal.

Um exemplo de um grau de resistência ao calor que usa uma combinação desses benefícios de composição é 253MA (1.4835). Esse aço não tem uma especificação alumínio mas o nitrogênio é adicionado para aumentar a resistência.

EN 10095, composição 1.4835, peso %
C	Si	Cr	Ni	N	Ce
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

Fragilização em serviço temperatura

Além de sua menor resistência em temperaturas elevadas, os aços ferríticos podem formar componentes frágeis em determinadas faixas de temperatura.
As faixas de temperatura de 370 a 540°C devem ser evitadas. Nos tipos ferríticos de cromo mais alto, a fragilização em temperaturas mais altas também pode ocorrer devido à formação da fase "sigma". Isso também é um problema se o tipo 25% com cromo 1,4845 (310) for usado em temperaturas ABAIXO de 900°C. Podem ocorrer rachaduras no resfriamento à temperatura ambiente para manutenção após o serviço nessas temperaturas.
Os austeníticos "padrão" 1.4878 / 14541 (321), 1.4401 (316) ou 1.4301 (304) podem ser escolhas melhores para essas temperaturas "mais baixas", até cerca de 870 °C, que é a temperatura máxima de serviço no ar.

Resistência à oxidação de aços inoxidáveis

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