Se estiver a lidar com ambientes de elevado calor ou com processos industriais agressivos, poderá verificar que as suas peças de aço inoxidável padrão estão a falhar mais rapidamente do que o esperado. Isto leva a perdas de tempo, custos de manutenção mais elevados e problemas de desempenho. É necessário um material que se mantenha forte sob calor e pressão. É aí que entra o aço inoxidável 310.
Este guia explica o que torna o aço inoxidável 310 único. Ficará a saber como é utilizado, de que é feito e quando o deve escolher em vez de outros tipos.
O que é o aço inoxidável 310?
O aço inoxidável 310 é um aço inoxidável austenítico. Pertence à série 300, conhecida pela sua resistência à corrosão e boa resistência. Entre eles, o 310 oferece melhor resistência a altas temperaturas do que os tipos 304 ou 316.
Esta liga foi concebida para trabalhar em aplicações de calor intensivo. Mantém-se estável e resiste à descamação mesmo quando exposta a temperaturas superiores a 1000°F. Isto torna-a uma escolha fiável para permutadores de calor, fornos e equipamento de processamento térmico.
O número UNS para o aço inoxidável 310 é S31000. Uma versão comum de alto desempenho, 310S, é rotulada como S31008. Estas qualidades são reconhecidas em várias normas da indústria.
Nas especificações ASTM, encontrará o 310 listado em normas como a ASTM A240 (para folhas e chapas) e a ASTM A312 (para tubos). Estas especificações ajudam a garantir que o material cumpre as expectativas de desempenho em aplicações críticas.
Composição química
O aço inoxidável 310 obtém a sua força e resistência ao calor da sua mistura de ligas. Os elementos principais são o crómio e o níquel, com vários outros elementos menores que contribuem para a sua estrutura.
Elementos principais
- Crómio (24-26%) melhora a resistência à oxidação. Forma uma camada de óxido estável que protege a superfície em condições de calor extremo.
- Níquel (19-22%) aumenta a ductilidade e a tenacidade. Também estabiliza a estrutura austenítica, o que ajuda o material a manter-se forte a altas temperaturas.
Elementos menores
- Manganês (até 2%) ajuda a trabalhar a quente e melhora a tenacidade.
- Silício (até 1,5%) melhora a resistência à oxidação e aumenta a resistência.
- Carbono (até 0,25%) aumenta a dureza e a resistência. No entanto, em quantidades elevadas, pode diminuir a resistência à corrosão, pelo que deve ser cuidadosamente controlado.
Propriedades físicas e mecânicas
O aço inoxidável 310 oferece uma boa combinação de resistência, dureza e desempenho térmico. Estas caraterísticas tornam-no adequado para utilizações estruturais e a altas temperaturas.
Resistência à tração e resistência ao escoamento
O aço inoxidável 310 tem uma resistência à tração típica de cerca de 75.000 psi e uma resistência ao escoamento de cerca de 30.000 psi. Estes valores significam que o material pode suportar fortes forças de tração sem deformação permanente.
Mesmo a temperaturas elevadas, mantém a sua resistência melhor do que muitos outros aços inoxidáveis. Isto torna-o fiável em ambientes de tratamento térmico ou de ciclos térmicos.
Dureza e resistência
Na escala Brinell, a dureza do 310 é de cerca de 150-190 HBW. Não é tão duro como as qualidades martensíticas, mas oferece um bom equilíbrio entre dureza e resistência ao desgaste.
A liga permanece dura e resistente a fissuras mesmo em temperaturas criogénicas ou elevadas. Isto faz com que seja uma escolha segura em situações em que é possível ocorrerem choques mecânicos ou tensões.
Densidade e ponto de fusão
- Densidade: 7,9 g/cm³ (ou 0,285 lb/in³)
- Intervalo de fusão: Entre 2470°F e 2550°F (1355°C a 1400°C)
Estes valores mostram que o material é estável em condições extremas e não perde facilmente a forma ou a integridade sob ação do calor.
Condutividade térmica e expansão
- Condutividade térmica: Cerca de 14,2 W/m-K a 100°C
- (inferior ao aço-carbono, pelo que conduz o calor mais lentamente)
- Expansão térmica: Cerca de 15,9 µm/m-°C
Esta condutividade térmica mais baixa ajuda a reduzir a transferência de calor em sistemas de alta temperatura. A taxa de expansão moderada deve ser considerada no projeto de montagem, especialmente com materiais diferentes.
Resistência à corrosão
O aço inoxidável 310 é mais conhecido pela sua forte resistência à oxidação e ao calor. Tem um bom desempenho em muitos ambientes agressivos, especialmente quando estão envolvidas temperaturas elevadas.
Resistência à oxidação a altas temperaturas
O aço inoxidável 310 resiste à oxidação no ar a temperaturas até 2000°F (1093°C). Os elevados níveis de crómio e níquel formam uma camada protetora de óxido na superfície. Esta camada impede a continuação da reação entre o metal e o oxigénio.
Mesmo quando exposta ao calor durante longos períodos, a liga mantém a estabilidade estrutural. É por isso que é frequentemente utilizada em peças de fornos e protectores térmicos.
Desempenho em atmosferas de enxofre e azoto
O 310 tem um bom desempenho no ar e em ambientes neutros. No entanto, apresenta uma resistência reduzida em atmosferas ricas em enxofre ou com baixo teor de oxigénio. O enxofre pode quebrar a camada protetora de óxido, levando à corrosão.
Em ambientes ricos em azoto, o material resiste geralmente bem. Mas se o ambiente for simultaneamente rico em enxofre e em azoto, é preferível utilizar uma liga mais especializada.
Limitações em ambientes marinhos
O aço inoxidável 310 não é recomendado para ambientes marinhos ou ricos em cloretos. A sua resistência à corrosão na água do mar é inferior à do aço inoxidável 316.
Na utilização costeira ou subaquática, os iões de cloreto podem causar corrosão por picadas e fendas. Este facto limita a sua eficácia em aplicações perto de água salgada.
Capacidades de resistência ao calor
O aço inoxidável 310 foi concebido para suportar uma exposição prolongada a altas temperaturas. A sua estrutura mantém-se estável sob cargas térmicas contínuas e cíclicas.
Gama de temperaturas de funcionamento
Esta liga tem um bom desempenho em temperaturas até 2000°F (1093°C). Pode suportar temperaturas ainda mais elevadas durante períodos curtos. No entanto, para uma utilização a longo prazo, é melhor mantê-la abaixo dos 2000°F para evitar a perda de resistência.
Em gamas de temperatura mais baixas, como abaixo dos 1500°F, o material mantém a força e a resistência à corrosão. Esta flexibilidade permite-lhe adaptar-se a uma vasta gama de utilizações a altas temperaturas.
Desempenho em serviço intermitente e contínuo
Em serviço intermitente, onde as temperaturas sobem e descem repetidamente, o 310 tem um desempenho fiável sem fissuras ou incrustações. A estrutura austenítica confere-lhe uma boa resistência ao choque térmico.
Em serviço contínuo, mantém a resistência à oxidação e a força mecânica durante longos períodos. Esta é uma das principais razões pelas quais é escolhido para permutadores de calor e componentes de queimadores.
Fabrico e trabalhabilidade
O aço inoxidável 310 é trabalhável, mas requer as técnicas corretas. O seu elevado teor de níquel e crómio afecta o seu comportamento durante a maquinagem e a conformação.
Maquinabilidade
A maquinagem do 310 é mais difícil do que trabalhar com classes padrão como o 304. O elevado teor de liga aumenta o desgaste da ferramenta. Utilize ferramentas afiadas, velocidades baixas e muito líquido de refrigeração para reduzir o calor.
É preferível maquiná-lo num estado recozido. Isto ajuda a reduzir o endurecimento e evita a formação de fissuras na superfície.
Soldabilidade e métodos de soldadura
O 310 oferece uma boa soldabilidade com a maioria dos métodos padrão. TIG, MIGe soldadura por varão (SMAW) são todos adequados.
Utilize metais de enchimento como o aço inoxidável 310 ou 309 para obter juntas de soldadura resistentes. Para evitar fissuras, evite entradas de calor elevadas e deixe as peças arrefecerem lentamente após a soldadura.
Comportamento de conformação e flexão
310 podem ser formado e dobrado utilizando métodos normais, mas requer mais força do que os aços de baixa liga. A elevada resistência do material requer ferramentas mais pesadas.
Para evitar fissuras durante as curvas apertadas, mantenha o raio de curvatura maior do que a espessura da chapa. Também é útil pré-aquecer secções espessas se a dobragem a frio for difícil.
Dicas de corte e perfuração
Utilizar ferramentas de carboneto ou brocas de aço rápido (HSS) para perfuração. As velocidades lentas e a pressão de alimentação constante são as melhores. Aplique fluido de arrefecimento para evitar a acumulação de calor.
Plasma, laser, ou corte por jato de água é preferível para o corte. Proporcionam arestas limpas e reduzem a possibilidade de distorção ou de zonas afectadas pelo calor.
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Designação UNS | S31000 (310), S31008 (310S) |
| Padrões ASTM | ASTM A240 (folha/placa), ASTM A312 (tubo) |
| Resistência à tracção | Aprox. 75.000 psi |
| Força de rendimento | Aprox. 30.000 psi |
| Dureza | 150-190 HBW (Brinell) |
| Resistência | Elevada a baixas e altas temperaturas |
| Densidade | 7,9 g/cm³ (0,285 lb/in³) |
| Ponto de fusão | 2470°F-2550°F (1355°C-1400°C) |
| Condutividade térmica | 14,2 W/m-K a 100°C |
| Expansão térmica | 15,9 µm/m-°C |
| Teor de crómio | 24-26% |
| Teor de níquel | 19-22% |
| Teor de manganês | Até 2% |
| Conteúdo de silício | Até 1,5% |
| Teor de carbono | Até 0,25% |
| Resistência à oxidação | Até 2000°F (1093°C) no ar |
| Resistência à corrosão | Bom no ar, limitado em ambientes marinhos ou com cloretos |
| Maquinabilidade | Baixa - necessita de velocidade lenta, ferramentas afiadas e líquido de refrigeração |
| Soldabilidade | Bom - TIG, MIG, SMAW; utilizar material de enchimento 310 ou 309 |
| Formabilidade | Moderado - requer maior força, grande raio de curvatura |
| Métodos de corte | Preferencialmente laser, plasma e jato de água |
| Usos comuns | Fornos, muflas, tubos radiantes, permutadores de calor, cestos térmicos |
Tratamento térmico e recozimento
Tratamento térmico pode alterar o desempenho do aço inoxidável 310. É utilizado principalmente para amaciar o material, melhorar a ductilidade ou aliviar a tensão interna após a conformação ou soldadura.
Procedimentos de tratamento térmico recomendados
Para o aço inoxidável 310, o recozimento é o tratamento térmico mais comum. O processo envolve o aquecimento do metal a 1040-1150°C (1900-2100°F). Em seguida, deve ser rapidamente arrefecido, normalmente por arrefecimento a água ou a ar.
Este método ajuda a restaurar a ductilidade e reduz o efeito do endurecimento por trabalho. Deve ser sempre efectuado num ambiente limpo para evitar a formação de incrustações ou a oxidação da superfície.
Efeitos nas propriedades mecânicas
O recozimento reduz a dureza e aumenta a ductilidade. Isto torna o material mais fácil de moldar, dobrar ou maquinar.
No entanto, também reduz a resistência à tração e ao escoamento. Após o recozimento, o aço torna-se mais flexível, mas ligeiramente menos resistente. Este compromisso é aceitável em muitas aplicações de moldagem ou soldadura.
Quando e porquê utilizar o recozimento？
Utilização recozimento depois de trabalhar num ambiente pesado e frio para reduzir a tensão e restaurar a trabalhabilidade. Também é útil após a soldadura para evitar fissuras na zona afetada pelo calor.
Se a peça precisar de manter a formabilidade para futura dobragem, o recozimento ajudará a evitar fracturas indesejadas ou desgaste da ferramenta durante o fabrico.
Acabamento de superfícies
O acabamento da superfície do aço inoxidável 310 afecta tanto o aspeto como o desempenho. Os diferentes acabamentos podem melhorar a resistência à corrosão, a facilidade de limpeza ou o aspeto visual.
Acabamentos comuns (2B, BA, n.º 4, espelho)
- Acabamento 2B: Acabamento liso e baço com fraca refletividade. É comum nas peças industriais para oferecer uma boa resistência à corrosão.
- BA (Recozido Brilhante): Um acabamento brilhante e refletor criado num forno de atmosfera controlada. Utilizado quando é necessário um aspeto limpo e uma melhor resistência à corrosão.
- Acabamento n.º 4: Um acabamento de grão escovado e direcional. Comum em aplicações de arquitetura e de cozinha.
- Acabamento espelhado: Altamente polido e refletor. Frequentemente utilizado para peças decorativas ou superfícies que requerem uma limpeza fácil.
Decapagem, passivação e polimento
- Decapagem: Remove incrustações, óxidos e descoloração de soldadura utilizando soluções ácidas. Ajuda a restaurar uma superfície limpa e resistente à corrosão.
- Passivação: Melhora a camada natural de óxido de crómio, removendo o ferro livre da superfície. Melhora a resistência à corrosão.
- Polimento: Alisa a superfície e aumenta o brilho. Pode também reduzir a acumulação de sujidade e facilitar a limpeza.
Aplicações industriais
O aço inoxidável 310 foi concebido para ambientes exigentes. A sua força e resistência ao calor fazem dele uma boa opção para muitos ambientes corrosivos e de alta temperatura.
Permutadores de calor e caldeiras
O 310 é utilizado em tubos, placas e cabeçalhos em permutadores de calor e caldeiras. Resiste à descamação e mantém a forma sob tensão térmica. Isto ajuda a manter a eficiência e a segurança do sistema ao longo do tempo.
Fornos e fornalhas
Em fornos, revestimentos de fornos e peças de queimadores, o 310 resiste ao calor elevado sem deformar. Mantém a resistência mecânica mesmo após uma longa exposição a temperaturas superiores a 1800°F. Isto reduz o tempo de inatividade e os custos de substituição.
Componentes criogénicos
Embora seja conhecido pela utilização a altas temperaturas, o 310 também tem um bom desempenho a temperaturas criogénicas. Mantém-se duro e resistente a fissuras quando exposto a condições de congelação, o que é útil em alguns sistemas de processamento e armazenamento de gás.
Equipamento petroquímico e de refinação
O 310 é frequentemente encontrado em queimadores, tubagens e revestimentos de chaminés de refinarias. Resiste à oxidação e à carburação em ambientes com gases quentes e produtos químicos corrosivos. Isto torna-o adequado para linhas de processamento de alta pressão e alto calor.
Comparação com outros aços inoxidáveis
A escolha do aço inoxidável correto depende das condições de serviço. Eis como o 310 se compara aos tipos mais comuns, como o 316 e o 304.
| Propriedade | Aço inoxidável 310 | Aço inoxidável 316 | Aço inoxidável 304 |
|---|---|---|---|
| Resistência ao calor | Excelente (até 2000°F / 1093°C) | Bom (até 1600°F / 871°C) | Razoável (até 1500°F / 816°C) |
| Resistência à corrosão | Moderado, não adequado para ambientes marinhos ou com cloretos | Excelente em ambientes marinhos e ricos em cloretos | Bom em ambientes gerais |
| Principais elementos de liga | Cr elevado (24-26%), Ni (19-22%) | Cr (16-18%), Ni (10-14%), Mo (2-3%) | Cr (18-20%), Ni (8-10,5%) |
| Trabalhabilidade | Moderado, precisa de ferramentas e força mais fortes | Bom, fácil de moldar e soldar | Excelente, amplamente utilizado para moldagem e soldadura |
| Soldabilidade | Bom, mas precisa de controlo do calor | Excelente | Excelente |
| Custo | Maior devido ao elevado teor de liga metálica | Médio | Mais baixo |
| Melhores casos de utilização | Fornos de alta temperatura, fornos, permutadores de calor | Peças marítimas, processamento químico, dispositivos médicos | Equipamentos de uso geral, lava-loiças, aparelhos |
Conclusão
O aço inoxidável 310 é uma liga de alta temperatura, resistente à corrosão, concebida para ambientes exigentes. O seu elevado teor de crómio e níquel confere-lhe uma excelente força e resistência à oxidação a temperaturas até 2000°F. Tem um bom desempenho em fornos, permutadores de calor, fornos e equipamento petroquímico.
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Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
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Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
