O aço inox (nome alternativo para aço inoxidável) é uma liga feita de ferro, carbono, mas que deve conter um teor mínimo de 10,5% de cromo. Destaca-se pela boa resistência à corrosão, fruto de um efeito conhecido como ividade (ou ivação), que consiste na formação de finos filmes de compostos de cromo ao redor da peça, que impedem o ataque à peça principal. 5l2u41
O aço inox pode conter outros metais, como molibdênio, níquel, silício, nitrogênio, fósforo, entre outros, os quais também trarão ganhos para propriedades, a depender da aplicação da peça de aço inox. O aço inox também se destaca por sua capacidade de solda, força, flexibilidade, ductilidade, entre outras propriedades.
É uma liga de fácil manutenção e de fácil limpeza, sendo facilmente esterilizada, além de ser esteticamente bonita. Por isso, é amplamente aplicada em diversos setores, como indústria automotiva e de transportes, fabricação de insumos médicos e de utensílios de e para cozinhas.
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O aço inox é uma nome alternativo para a liga aço inoxidável, que consiste em uma liga feita de ferro (Fe), carbono (C) e cromo (Cr), com um teor mínimo de 10,50% de Cr.
O aço inox é feito, basicamente, de ferro, carbono e cromo — com teor mínimo de 10,5%, chegando a 30% —, contudo o níquel é também um metal comumente adicionado à composição dessa liga.
A liga ferro-carbono (Fe-C) é o aço comum, porém com baixa resistência à corrosão. A adição de cromo provê a principal característica ao aço inoxidável: melhor resistência à corrosão. Já o níquel, outro elemento comumente adicionado, é adicionado para melhores índices de formabilidade (capacidade de deformação e molde sem ocorrência de defeitos), ductilidade (capacidade de deformação sob tensão sem rompimento) e força. Além disso, o níquel traz mais resistência aos ambientes ácidos e alcalinos.
A tabela a seguir traz alguns elementos encontrados em composições comuns da liga de aço inoxidável, bem como seus teores médios.
Elemento |
Teor mássico |
Ferro (Fe) |
50-72% |
Cromo (Cr) |
16-30% |
Níquel (Ni) |
8-10,5% |
Molibdênio (Mo) |
2-3% |
Carbono (C) |
0,03-0,08% |
Manganês (Mn) |
1-2% |
Silício (Si) |
0,5-1% |
Nitrogênio (N) |
Cerca de 0,1% |
Fósforo (P) |
≤ 0,045% |
Enxofre (S) |
≤ 0,03% |
Como é possível ver na tabela, outros elementos podem ser adicionados, sempre objetivando a melhora em propriedades específicas, a depender das aplicações demandadas. O molibdênio, por exemplo, também podendo estar presente em níveis significativos, ajuda na resistência da liga final contra alguns tipos de corrosão (por pites e por frestas), principalmente em ambientes ricos em cloretos.
Outros elementos que ainda podem ser utilizados na composição do aço inox são:
São conhecidos quatro tipos básicos de aços inoxidáveis, os quais são dispostos a seguir.
Austenítico é o maior grupo de aços inoxidáveis. Os aços inoxidáveis austeníticos têm de boa a excelente resistência à corrosão, boa formabilidade e soldagem. Seu bom impacto em baixas temperaturas é comumente explorado em aplicações criogênicas. Podem ser divididos em cinco subgrupos:
Ferrítico são aços inoxidáveis feitos com teores de cromo que variam de 11,2-19%, porém com baixo nível ou ausência de níquel. Isso acaba trazendo uma vantagem econômica, pois o níquel acaba sendo o agente mais caro e com preço mais volátil, tornando o preço dos aços ferríticos mais estáveis. O molibdênio é adicionado para conferir maior resistência à corrosão, assim como a adição de titânio ou nióbio melhora as propriedades de solda.
Martensítico é o menor grupo dos aços inoxidáveis. Para aumentar a força e a dureza das ligas martensíticas, elas acabam tendo maior teor de carbono em comparação aos demais tipos. Além disso, o nitrogênio pode ser adicionado para aumentar a força. Esse tipo de aço inoxidável pode ter pequenos níveis de níquel, ou nem isso. Além disso, o molibdênio é raramente adicionado. Em alguns casos, enxofre é adicionado para melhorar as propriedades de maquinabilidade do aço inoxidável.
Duplex são aços inoxidáveis quem têm uma microestrutura ferrítica e austenítica, com um balanço de cerca de 50% para cada. A ideia é combinar boa parte das propriedades benéficas dos aços inoxidáveis ferrítico e austenítico. Esse tipo de aço inoxidável tem bons níveis de força e uma alta resistência à corrosão por estresse.
Costumam apresentar altos níveis de cromo (20,1-25,4%), mas baixos níveis de níquel (1,4-7%) em comparação ao tipo austenítico. O baixo nível de níquel permite que o aço inox duplex possua um preço mais estável. Níveis de molibdênio e nitrogênio podem ser adicionados para melhorar a resistência à corrosão e a força da estrutura. Manganês pode ainda ser adicionado à liga, não só para fazer uma reposição parcial do níquel, como também para melhorar a dissolução de nitrogênio no material.
É nítido que os aços inoxidáveis são buscados por conta de sua boa resistência à corrosão, mas algumas outras características também chamam atenção para sua comercialidade. Dentre essas características, podemos citar:
A principal propriedade do aço inox é, sem dúvida alguma, a sua grande resistência à corrosão. Daí o nome “inoxidável”, dando a entender que ele não é capaz de se oxidar.
Percebeu-se que, a partir de 10,5% de níveis de cromo no aço, não se observava mais corrosão atmosférica. Isso porque o cromo, assim como outros metais presentes no aço inox, reagem muito facilmente com o oxigênio e a umidade presente, formando filmes que protegem essa liga de ataques posteriores por um fenômeno conhecido como ivação. Esse filme ivo, que protege as estruturas internas do aço inoxidável, é formado, portanto, pela reação entre a água e metais como Cr e Fe, que formam uma pequena película de oxi-hidróxidos desses metais.
Tais filmes mudam de acordo com o ambiente. Por exemplo, em meio altamente oxidante, como é o caso do ácido nítrico, os filmes são mais resistentes. Adicionalmente, a ivação em aços inoxidáveis pode se formar em diversos meios, com bons níveis de conservação, justificando a elevada resistência à corrosão desses materiais.
Outras propriedades físicas de interesse dos aços inoxidáveis são:
e também: Como acontece a corrosão?
Os usos do aço inoxidável são extensos. Desde sua introdução, ele tem sido inserido em diversos campos de aplicação. A seguir, citamos alguns exemplos.
Estima-se que o aço inoxidável tenha sido introduzido, na década de 1930, pela montadora Ford. Desde então, a liga tem sido aplicada na fabricação de diversas partes, como sistemas de exaustão, grades e peças de acabamento. Também é aplicada na fabricação de componentes estruturais.
Em outros ramos de transporte, vemos o aço inoxidável ser aplicado na confecção de contêineres navais, caminhões-tanque e caminhões de lixo. A boa resistência à corrosão do aço inoxidável faz com que ele seja muito adequado para transporte de substâncias químicas, líquidos e produtos alimentícios. Por fim, vale salientar que é uma liga de baixa manutenção, fazendo valer bem a relação custo-benefício.
A boa resistência à corrosão e a facilidade de esterilização e limpeza fazem com que o aço inoxidável seja aplicado na produção de um vasto número de produtos e equipamentos médicos, cirúrgicos e ortodônticos. Muitos implantes cirúrgicos, como pinos, placas para cirurgias ortopédicas, por exemplo, são feitos de aço inoxidável.
Além das propriedades relacionadas à corrosão, a flexibilidade e a força do aço inoxidável permitem que ele seja explorado na construção civil. Desde peças, como corrimãos, até mesmo acabamentos podem ser feitos de aço inoxidável.
O aço inoxidável tem se destacado na arquitetura pelas suas propriedades vantajosas quanto à solda, além do baixo custo de manutenção e aspecto visual final agradável. O aço inoxidável também pode auxiliar nas propriedades de iluminação natural do edifício. Outro ponto importante é a preocupação com o meio ambiente: o aço inoxidável é altamente reciclável e isso tem um grande apelo ao seu uso. Em estruturas, pode apresentar-se com um acabamento polido ou texturizado, trazendo estéticas variadas.
A indústria de aeronaves também tem grande apreço pelo aço inoxidável, muito por conta de sua força e sua habilidade em performar em temperaturas extremas. Sua aplicação em motores ajuda na prevenção de formação de ferrugem.
O aço inoxidável é essencial na fabricação de utensílios de cozinha, tais como as, talheres e cutelaria. Assim sendo, o aço inoxidável é aplicado na fabricação de facas, grelhas, pias, mesas, fogões e as.
O aço inoxidável é ainda utilizado como material de acabamento para refrigeradores, máquinas lava-louças e coifas. Ele é bem-visto não só pela fácil limpeza, manutenção, estética e facilidade de esterilização (o que impede a proliferação de bactérias), mas porque não afeta o sabor final da comida. Sua resistência à corrosão faz dele apto para preparo de alimentos e bebidas ácidas, como sucos de laranja.
De modo geral, com exceção de metais nobres, como ouro e platina, os metais apresentam reações termodinamicamente favoráveis com o oxigênio e a umidade do ar, com a formação de óxidos e hidróxidos, o que acarreta a oxidação dos metais. Essa oxidação é parte do processo conhecido como corrosão, uma degradação natural do material (em geral, metais) por ação do ambiente em que ele está inserido. A oxidação dos metais os transforma em minérios (substâncias compostas desses metais). O papel da siderurgia é justamente o contrário: ir contra a natureza e transformar minérios em metais.
No caso, o aço inoxidável não possui metais nobres em sua composição e reage com bastante facilidade com o oxigênio e a umidade presente no ar. A diferença é que o cromo (Cr) permite a formação de uma fina película, que acaba revestindo a peça e impedindo ataques subsequentes. Esse fenômeno cessa a corrosão da peça e é conhecido como ivação (ou ividade).
Os filmes de cromo são extremamente finos, na faixa de 30 a 50 Å (1 Å = 10−10 m). Ao se analisar a estrutura, percebemos que o filme está dividido em duas estruturas: uma mais próxima ao metal, em que há predominância de óxidos, e a outra, mais voltada para o meio externo, que é rica em hidróxidos. Outro ponto importante é que esse filme é muito aderente e, a depender do meio, pode ser bastante resistente. Assim sendo, os aços inoxidáveis conseguem formar filmes protetivos em uma grande variedade de meios, o que explica a grande resistência à corrosão.
Mesmo assim, em condições específicas, o aço inoxidável ainda pode corroer, como quando é exposto a altas temperaturas por um tempo prolongado ou, até mesmo, se ocorrer uma exposição química indevida. A falta de manutenção também pode permitir a corrosão das peças de aço inox.
A descoberta do aço inoxidável é creditada ao inglês Harry Brearley, em 1913. Contudo, a história do desenvolvimento dessa liga é bastante ampla. A importância do cromo como retardante em efeitos de corrosão foi descoberta ainda no século XIX, na década de 1820, quando os ingleses Stoddart e Faraday e o francês Pierre Barthier, de forma independente, perceberam que ligas metálicas ferro-cromo eram mais resistentes ao ataque de ácidos.
Contudo, os testes ocorreram apenas com níveis baixos de cromo. Tentativas de produção de ligas com maior teor de cromo se mostraram frustradas, pois não se sabia da importância do baixo teor de carbono na liga.
Isso só foi entendido em 1875, quando o francês Brustlein demonstrou que, para a criação de uma liga com alto teor de cromo, havia a necessidade de manter o teor de carbono abaixo de 0,15%. Mesmo assim, nenhum cientista conseguiu desenvolver uma liga de aço com baixo teor de carbono por, pelo menos, duas décadas.
Em 1895, entretanto, o alemão Hans Goldschmidt desenvolveu um processo de redução aluminotérmica que permitiu a fabricação de cromo isento de carbono, abrindo as portas para a fabricação do aço inoxidável.
Apenas em 1911 foi percebida a necessidade de um teor mínimo de cromo para melhores resultados contra corrosão. Os alemães Monnartz e Borchers descobriram que se o teor de cromo mínimo fosse de 10,5%, a resistência à corrosão seria significativa. Os cientistas ainda publicaram artigos detalhando os efeitos do molibdênio na resistência à corrosão.
Enfim chegamos a Harry Brearley, inglês nascido em Sheffield, pesquisador chefe dos laboratórios Brown Firth. Em 1912, Brearley foi incumbido de resolver uma questão trazida por um pequeno fabricante de armas, que desejava prolongar o tempo de vida útil de seus produtos, que enferrujavam com muita facilidade.
Assim, Brearley buscou a criação de um aço não só resistente à corrosão, mas também à erosão. Depois de diversos experimentos, Brearley chegou, no dia 13 de agosto de 1913, a um aço com 12,8% de cromo e 0,24% de carbono, reconhecido como o primeiro aço inoxidável da história. O nome “aço inoxidável” foi dado por um Ernest Stuart, um amigo de Brearley, que havia sugerido o nome “aço antiferruginoso”.
Outros cientistas, porém, tentaram tomar os créditos da descoberta de Brearley. Alemães, em 1908, demonstraram que produziram uma liga de aço cromo-níquel para o casco de um iate alemão, conhecido como Meia-Lua e que ainda se encontra ancorado na costa leste da Flórida.
O metalurgista norte-americano Elwood Haynes também reivindicou ser o inventor do aço inoxidável, uma vez que ele afirmou ter desenvolvido um aço resistente à corrosão em 1911, incentivado pelo seu barbeador enferrujado.
Recentemente, foi descoberto um artigo sueco, de 1913, presente em uma revista de caça e pesca, em que é mencionado um aço usado para canos de revólver que muito se parece com o aço inoxidável. Assim sendo, os suecos reivindicam terem sido os primeiros a darem uma aplicação prática ao aço inoxidável.
Questão 1
(Fuvest) As massas de duas barras, uma de ferro e outra de aço inoxidável, armazenadas em um mesmo ambiente úmido e na presença de oxigênio, foram monitoradas ao longo do tempo.
Assinale a alternativa que representa a variação das massas de ambas as barras ao longo do tempo.
A)
B)
C)
D)
E)
Resolução:
Alternativa D.
O processo de oxidação do metal, ou corrosão, é caracterizado pela transformação do metal em óxidos ou hidróxidos, fazendo com que sua massa seja aumentada, uma vez que átomos de oxigênio e hidrogênio são acoplados à estrutura.
Já no caso do aço inoxidável, o efeito de corrosão não ocorre e, portanto, a massa permanece constante ao longo do tempo.
Questão 2
(EBMSP)
A ideia de que um dia paraplégicos possam controlar membros pelo pensamento não é mais uma fantasia. Atualmente ondas cerebrais podem controlar o funcionamento de cursores computacionais, pernas e braços robóticos e, em breve, um exoesqueleto ou um traje robótico. Neurochips implantados com microelétrodos no crânio extrairão os comandos motores naturais necessários para manipular um exoesqueleto de corpo inteiro. O envio de sinais do córtex externo, semelhante a uma casca, iniciando o movimento do exoesqueleto representa o que há de mais moderno em tecnologia bioelétrica, aperfeiçoada em anos recentes. É claro que os sinais detectados no cérebro deverão ser transmitidos para as próteses dos membros.
(NICOLELIS, 2012).
A utilização de metais na fabricação de próteses e de utensílios domésticos e cirúrgicos, dentre outros, está diretamente associada às suas propriedades. O ferro, metal quebradiço e de fácil corrosão, é usado na fabricação de diversos objetos, principalmente sob a forma de ligas, a exemplo do aço inoxidável, constituído por ferro, carbono, cromo e níquel. O cobre é um bom condutor de eletricidade e pouco reativo, sendo utilizado, misturado ao zinco para formar o bronze, uma das suas ligas.
A análise das informações do texto e dos dados da tabela permitem corretamente afirmar:
A) A desvantagem da utilização do ferro na confecção de próteses está na sua dureza e ductibilidade.
B) O bronze é constituído por metais com propriedades semelhantes, que estão situados no mesmo grupo da Tabela Periódica.
C) A substituição do ferro pelo cobre, em próteses, está associada à menor densidade e à maior reatividade química desse metal.
D) A mistura de elementos químicos, a exemplo do cromo e do niquel, ao ferro permite a formação de um material maleável e resistente à oxidação.
E) O aquecimento de ferro e de cobre, a 1100ºC, e o posterior resfriamento, permite a formação de uma liga metálica com esses elementos.
Resolução:
Alternativa D.
A utilização de outros metais em conjunto ao ferro, na formação do aço inoxidável, permite-lhe o avanço em outras propriedades, como a maior resistência à corrosão, além de maleabilidade. É por isso que o aço inoxidável apresenta melhores características que o aço comum.
Fontes
BRITISH STAINLESS STEEL ASSOCIATION. The discovery of stailess steel. British Stainless Steel Association. Disponível em: https://bssa.org.uk/bssa_articles/the-discovery-of-stainless-steel/.
CARBÓ, H. M. Aços inoxidáveis: aplicações e especificações. ArcelorMittal. jan. 2008. Disponível em: http://servidor.demec.ufpr.br/disciplinas/EME733/Semin%C3%A1rios%20Inox/Catalogo%20aplicac%C3%B5es%20especificas.pdf.
JINDAL STAINLESS. A Complete Guide to Stainless Steel Compositions. Jindal Stainless. 30 set. 2024. Disponível em: https://www.jindalstainless.com/blog/a-complete-guide-to-stainless-steel-compositions/.
OUTOKUMPU STAINLESS AB. Handbook of Stainless Steel. 1ª. Ed. Suécia: Sandvikens Tryckeri AB, 2013.
THYSSENKRUPP. Properties of Stainless Steel. Thyssenkrupp. Disponível em: https://www.thyssenkrupp-materials.co.uk/properties-of-stainless-steel.
U. S. GENERAL SERVICES ISTRATION. Stainless steel: Characteristics, Uses and Problems. Disponível em: https://www.gsa.gov/real-estate/historic-preservation/historic-preservation-policy-tools/preservation-tools-resources/technical-procedures/stainless-steel-characteristics-uses-and-problems.
Fonte: Brasil Escola - /quimica/aco-inoxidavel.htm