Quando se trata de escolher o material certo para seu projeto, é importante que saibamos a distinção entre aço inoxidável e aço carbono. Neste guia, você se familiarizará com as propriedades, benefícios e casos adequados de seu uso para fazer a escolha correta.
Compreendendo o aço inoxidável e o aço carbono
Os dois materiais mais comumente usados nas indústrias de fabricação e construção incluem aço inoxidável e aço carbono. Mas o que os diferencia? Agora, vamos dar uma olhada mais de perto em suas composições básicas e nas características mais importantes.
Aço inoxidável
Aço inoxidável é uma liga contendo um mínimo de 10,5% de cromo. Esta composição é a chave para sua característica mais notável: Resistência à corrosão. Ao entrar em contato com o oxigênio, o cromo sai na forma de uma película fina e invisível de óxido de cromo. Esta camada, também conhecida como “camada passiva”, protege o metal por baixo de qualquer corrosão posterior porque a difusão do oxigênio é restrita.
O aço inoxidável também é conhecido por ter vários graus nos quais eles diferem na formação de sua liga para manter suas propriedades. Alguns graus comuns incluem:
- 304: Esta classe é uma das mais populares, conhecida por suas excelentes qualidades de resistência à erosão e outras características mecânicas que permitem fácil formação de produtos.
- 316: Quase o mesmo que 304, mas usado principalmente em condições que podem incluir exposição ao cloreto, ou seja, condições marinhas.
- 430: É um aço inoxidável ferrítico que possui excelente conformabilidade e também tem boa resistência à corrosão por ácidos nítricos.
Aço carbono
Aço carbono é uma combinação de ferro e carbono, onde o carbono constitui o ingrediente principal. O teor de carbono, como regra, oscila entre 0,05% a 2,1% e essa porcentagem é muito crucial e contribui para as propriedades do aço. O aço carbono, por outro lado, não contém muito cromo ou outros elementos semelhantes que o tornam resistente à corrosão, como o aço inoxidável.
O aço carbono é frequentemente categorizado com base em seu teor de carbono:
- Aço de baixo carbono (aço macio): 0,05% a 0,25% de carbono
- Aço de médio carbono: 0,25% a 0,60% carbono
- Aço de alto carbono: 0,60% a 2,1% de carbono
O aumento na porcentagem de carbono também aumenta a resistência do aço, tornando-o rígido, porém menos dúctil.
Principais diferenças entre aço inoxidável e aço carbono
Vamos nos aprofundar nos principais fatores que distinguem esses dois tipos de aço.
Composição
A diferença fundamental entre o aço inoxidável e o aço carbono está na sua composição:
O aço inoxidável contém:
- Ferro (Fe): O metal base
- Cromo (Cr): Pelo menos 10,5%, crucial para resistência à corrosão
- Níquel (Ni): Normalmente encontrado, mas auxilia na melhoria das propriedades de corrosão e conformabilidade do material.
- Outros elementos de liga: incluem molibdênio, titânio, cobre, etc., que são adicionados para melhorar algumas características desejáveis.
O aço carbono contém:
- Ferro (Fe): O principal componente
- Carbono (C): 0,05% a 2,1% controla propriedades do aço, como resistência e dureza.
- Pequenas quantidades de outros elementos: manganês, silício e cobre, que em pequenas quantidades têm impacto nas características do aço.
A presença de cromo no aço inoxidável é o divisor de águas. O cromo reage com o oxigênio do ar e cria uma camada fina e invisível de óxido de cromo na superfície, não permitindo assim que o metal sofra corrosão. É essa característica de autocura que confere ao aço inoxidável seu nível muito mais alto de resistência à corrosão.
Resistência à corrosão
Quando se trata de combater ferrugem e corrosão, o aço inoxidável é o vencedor claro. Aqui está o porquê:
Aço inoxidável: No aço inoxidável, o cromo é convertido em uma camada de óxido. Se essa camada for arranhada de alguma forma, ela se forma imediatamente e passa a proteger o metal contra mais ferrugem. Isso o torna adequado para uso em áreas de condições severas, como áreas próximas ao mar e em empresas químicas.
Aço carbono: Quando o componente de cromo é removido do aço carbono, ele se torna muito mais vulnerável à ferrugem e corrosão. Ao reagir com umidade e oxigênio, ele se transforma em óxido de ferro ou ferrugem, o que enfraquece a estrutura do metal a longo prazo.
Se houver um requisito especial sobre a resistência à corrosão das estruturas, então o material aço inoxidável é geralmente preferido. No entanto, em casos em que o projeto não exige alta resistência à corrosão, mas deseja economizar nos custos de aquisição de material, o aço carbono pode ser uma opção adequada.
Resistência e durabilidade
Tanto o aço inoxidável quanto o aço carbono oferecem resistência impressionante, mas eles se destacam em áreas diferentes:
Aço inoxidável:
- Na maioria das vezes, ele oferece uma resistência à tração maior que o aço carbono, ou seja, é mais capaz de lidar com o estresse antes de possivelmente quebrar.
- Ele contém maiores quantidades de ductilidade em comparação ao aço carbono, permitindo que ele dobre sem quebrar.
- Possui melhor resistência à tração em altas temperaturas do que outros aços carbono.
- O endurecimento por trabalho de graus de aço inoxidável como 304 e 316 pode aumentar a resistência do material por meio de trabalho a frio.
- Excelente relação resistência-peso, podendo ser utilizado onde o peso é um fator determinante.
Aço carbono:
- Em muitos casos, ele possui maior resistência ao escoamento do que o aço inoxidável, portanto, pode suportar mais estresse antes de se dobrar totalmente.
- Geralmente mais forte que o aço inoxidável e, portanto, pode suportar o desgaste em certas aplicações.
- Pode ser facilmente tratado termicamente para aumentar significativamente sua resistência e dureza.
- Aços com alto teor de carbono podem atingir níveis de resistência muito altos, mas ao custo de ductilidade reduzida.
Qual escolher entre os dois dependerá muito das forças específicas que você precisa. Por exemplo:
- Se você quer um material que ofereça capacidade de fadiga para dobrar sem fraturar, como em molas ou alguns usos arquitetônicos, então o aço inoxidável pode ser o material a ser usado.
- Aços carbono, por outro lado, podem ser mais adequados se o que você precisa é de um material que não se deforme sob pressão, como no caso de suportes de construção, fabricantes de estruturas e mecanismos.
- Quando alta resistência aliada à resistência à corrosão são necessárias, por exemplo, em usos marítimos ou em plantas químicas, o aço inoxidável pode ser ideal.
Resistência ao calor
Quando se trata de lidar com altas temperaturas, ambos os tipos de aço têm seus pontos fortes:
Aço inoxidável: qualquer grau de aço inoxidável é resistente ao tratamento térmico porque tem alta resistência e é resistente à corrosão. A durabilidade de alguns graus pode ser experimentada sem deterioração considerável em temperaturas de até 2000°F (1093°C). Isso ocorre porque o aço inoxidável deve ser usado em condições onde temperaturas extremamente altas são esperadas, como fornos, peças de motor e assim por diante.
Aço carbono: Embora o tipo de aço carbono do material seja de serviço de alta temperatura, ele tem propriedades de resistência ao calor comparativamente menores do que o aço inoxidável. A aplicação de alto calor pode tornar o material fraco e mais inclinado ao processo de oxidação quando usado em aço carbono. No entanto, vários aços carbono tratados termicamente são capazes de suportar tais propriedades em temperaturas moderadamente altas.
Ao selecionar o material certo para seu projeto, em um local com temperaturas extremas, especialmente onde pode ocorrer corrosão, é mais seguro selecionar a opção de aço inoxidável. Para operações de temperatura moderada, o aço carbono pode fazer o trabalho a um preço mais razoável do que os aços que são ligados.
Comparação de custos
Ao considerar o custo desses materiais, você precisa pensar além do preço inicial:
Aço inoxidável: Primeiro, esses materiais são mais caros do que o aço carbono simples porque os custos dos elementos de liga são maiores. No entanto, devido à sua durabilidade e à falta de necessidade de manutenção e/ou substituição frequentes, ele constitui um custo menor quando usado em áreas corrosivas.
Aço carbono: Eles geralmente são menos caros nos primeiros estágios do projeto ou nas fases iniciais de desenvolvimento. Portanto, é adequado para uso em situações em que a corrosão não será um problema significativo ou onde a manutenção é possível com frequência. Mas quando é exposto a uma atmosfera corrosiva, há muitas despesas a serem incorridas em termos de manutenção, substituição e modos de falha.
Por favor, não se esqueça de que o custo do material também implica fabricação, instalação, manutenção e até mesmo os custos de substituição. Em termos de custo, embora o aço inoxidável seja relativamente mais caro do que o aço carbono no estágio inicial de um projeto, ele resulta em menor custo a longo prazo.
Trabalhabilidade e Fabricação
A facilidade de trabalhar com esses materiais pode impactar significativamente o cronograma e os custos do seu projeto:
Aço inoxidável:
- Soldagem: Geralmente difícil de soldar devido à sua alta taxa de expansão térmica, bem como baixa condutividade térmica. Ainda assim, frequentemente são necessárias técnicas e equipamentos especiais.
- Usinagem: Eles são um pouco mais difíceis de usinar devido à sua extrema dureza e ao efeito de endurecimento por trabalho dos materiais. Pode exigir mandris ou ferramentas de corte especiais e também pode fazer com que o processo de corte seja um pouco demorado.
- Conformação: Além disso, ele é mais dúctil quando comparado ao aço carbono, o que significa que ele pode ser moldado em vários formatos sem quebrar.
Aço carbono:
- Soldagem: Embora seja mais duro que o aço carbono, é comparativamente mais fácil de soldar que o aço inoxidável. Ainda assim, tem um coeficiente de expansão térmica menor e uma taxa maior de condutividade térmica, o que também diminui o risco de empenamento.
- Usinagem: Em geral, é menos difícil de usinar do que o aço inoxidável, o que resulta em ferramentas mais baratas e, portanto, produção mais rápida.
- Moldagem: Apesar de ser mais rígido que o aço inoxidável, ainda é relativamente fácil de moldar e modelar.
Sua escolha pode depender das capacidades de fabricação que você tem, bem como da densidade do projeto associado. Se você estiver trabalhando com designs intrincados ou precisar formar formas complexas, o aço inoxidável pode ser preferível. Para fazer objetos com estruturas menos complexas ou se você deseja soldá-los ou usiná-los, o aço carbono pode ser preferível.
Aplicações
As propriedades únicas de cada tipo de aço os tornam adequados para diferentes aplicações:
O aço inoxidável é comumente usado em:
- Equipamentos de processamento de alimentos: Isso permite manter uma boa higiene, pois é livre de corrosão e fácil de limpar.
- Dispositivos médicos e instrumentos cirúrgicos: Sua biocompatibilidade e resistência aos processos de esterilização são cruciais.
- Plantas de processamento químico: Devido à sua capacidade de resistir aos efeitos de diferentes compostos químicos, elas podem ser utilizadas para entrar em contato com substâncias corrosivas.
- Ambientes marinhos: É resistente à corrosão causada pela água salgada, o que torna esse tipo de aço útil para a fabricação de navios e plataformas offshore, entre outros.
- Aplicações arquitetônicas: Devido à sua aparência impressionante e versatilidade, é usado no revestimento de edifícios e esculturas.
O aço carbono é frequentemente encontrado em:
- Construção (aço estrutural): Sua resistência e custo-benefício tornam o produto bastante adequado para construções como prédios e pontes.
- Peças automotivas: Sua resistência e preço acessível o tornam adequado para muitos componentes de veículos.
- Ferramentas e máquinas: É duro e tem boa resistência ao desgaste, sendo por isso utilizado na fabricação de cutelarias e na fabricação de máquinas pesadas.
- Oleodutos: É mais utilizado no transporte de petróleo e gás, pois é resistente e barato.
- Trilhos ferroviários: são bastante duráveis e fortes o suficiente para suportar cargas extremamente altas sem problemas como desgaste.
- Panelas de cozimento (quando temperadas): Por ter boa condutividade térmica, é frequentemente usada para preparar utensílios de cozinha, além de formar uma superfície antiaderente após ser temperada.
Claro, sua decisão dependerá principalmente das características de sua aplicação específica. Alguns dos fatores que devem ser levados em consideração ao decidir incluem ambiente corrosivo, resistência, temperatura e custo.
Requisitos de manutenção
As necessidades de manutenção desses materiais podem impactar significativamente os custos e a usabilidade a longo prazo:
Aço inoxidável:
- Baixa necessidade de manutenção
- Resistente a manchas e corrosão
- Requer apenas enxágue com água e sabão neutro na maioria das vezes
- Ocasionalmente, pode ser necessário polir para manter sua aparência.
Aço carbono:
- Maiores requisitos relacionados à manutenção, especialmente em um ambiente corrosivo
- Precisa ser lavado e seco regularmente para evitar ferrugem.
- Pode ser exposto à corrosão e pode exigir revestimento protetor ou tintas
- Também é obrigatório inspecionar os carros periodicamente quanto a ferrugem e danos
Em outras palavras, se for fácil de manter, especialmente em condições extremas, então o aço inoxidável é a solução preferida. Mas se você puder fornecer serviço de rotina e o ambiente não for excessivamente agressivo, o aço carbono se mostrará muito menos caro.
Impacto Ambiental
Ambos os tipos de aço têm considerações ambientais:
Aço inoxidável:
- Este material pode ser reciclado inúmeras vezes sem que seja necessário diminuir a qualidade do produto no qual está sendo usado.
- Têm uma longa vida útil; isto significa que não serão substituídos com frequência
- A produção pode ser intensiva em energia devido aos elementos de liga
Aço carbono:
- Também podem ser reciclados, mas podem sofrer pequenas alterações em suas propriedades durante o processo.
- A redução da vida útil do produto em ambientes corrosivos implica que os produtos serão substituídos com mais frequência
- Normalmente, é necessária menos energia para fabricar em comparação com o aço inoxidável
Ambos podem ser usados na abordagem do design sustentável, mas o impacto ambiental positivo relativo é, na maioria dos casos, aquele que está vinculado ao uso específico e às considerações do ciclo de vida do material em questão. A longevidade do aço inoxidável está vinculada à sua capacidade de ser reciclado e, em muitas situações, seu uso prova ser melhor para o meio ambiente do que um material que é sempre substituído com frequência.
Conclusão
Sua escolha entre aço inoxidável e aço carbono depende de suas necessidades específicas. Alguns dos fatores que devem ser levados em conta podem incluir resistência à corrosão, força, métodos de fabricação e a extensão do custo a longo prazo. Cada material tem vantagens e desvantagens, e usar qual material é ideal pode fazer uma grande diferença para sua tarefa. Se você está em busca de aconselhamento profissional sobre o material mais adequado para usar em seu projeto, você precisa ir para KDM.
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