A36 vs A572 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
ASTM A36 e ASTM A572 são dois dos aços estruturais mais comumente especificados na construção, fabricação e indústria pesada. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente ponderam custo, soldabilidade, conformabilidade e desempenho mecânico requerido ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem: (1) se a maior resistência ao escoamento justifica um custo de material premium e potenciais mudanças nos procedimentos de soldagem ou conformação, e (2) se uma tenacidade melhorada ou redução de peso (através de seções mais finas) é necessária para um determinado projeto.
A distinção prática entre essas classes se resume ao desempenho mecânico alcançado por diferentes estratégias de liga e processamento: A36 é um aço estrutural de carbono tradicional com química relativamente simples e comportamento previsível, enquanto A572 é uma família de aço de alta resistência e baixa liga (HSLA) produzida para oferecer maior resistência ao escoamento e frequentemente melhor tenacidade através de liga controlada e processamento termomecânico. Engenheiros os comparam porque ambos desempenham os mesmos papéis estruturais, mas com diferentes compensações em resistência, ductilidade, soldabilidade e custo.
1. Normas e Designações
- ASTM/ASME:
- ASTM A36/A36M — Aço estrutural de carbono (comumente referido como A36).
- ASTM A572/A572M — Aço estrutural de alta resistência e baixa liga (disponível em várias classes, como 42, 50, 55, 60, 65; a Classe 50 é a mais comum).
- EN: Especificações aproximadamente análogas existem nas normas europeias (por exemplo, S275 para aço estrutural de baixa resistência; S355 e classes HSLA para maior resistência), mas a equivalência direta um a um não é exata.
- JIS/GB: Normas japonesas e chinesas têm aços estruturais comparáveis, mas os usuários devem comparar requisitos mecânicos e química em vez de confiar na equivalência direta de nomes.
- Classificação: A36 — aço estrutural de carbono; A572 — HSLA (aço estrutural de alta resistência e baixa liga).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: Composição típica (wt%) — orientação geral. Os limites químicos exatos dependem das subcláusulas específicas da ASTM e da classe A572 selecionada; consulte os certificados de fábrica para tolerâncias críticas de aquisição.
| Elemento | A36 (típico) | A572 (típico, por exemplo, Classe 50 e classes relacionadas) |
|---|---|---|
| C (carbono) | até ~0.25–0.26 (baixo–moderado) | geralmente máximos mais baixos ou semelhantes (por exemplo, até ~0.23) |
| Mn (manganês) | ~0.60–1.20 (usado para controle de resistência) | tipicamente mais alto ou mais rigidamente controlado; comumente em torno de 0.8–1.6 |
| Si (silício) | ≤ ~0.40 (desoxidante) | semelhante ou ligeiramente mais alto dependendo da prática da fábrica |
| P (fósforo) | ≤ ~0.04 (limite de impurezas) | ≤ ~0.04 (controle de impurezas semelhante) |
| S (enxofre) | ≤ ~0.05 (limite de impurezas) | ≤ ~0.05 (semelhante) |
| Cr (cromo) | geralmente não adicionado intencionalmente (traço) | pode estar presente em pequenas quantidades em algumas químicas HSLA |
| Ni (níquel) | não típico (traço) | não típico, exceto para variantes especiais |
| Mo (molibdênio) | não típico | às vezes usado em quantidades de traço para endurecimento em certas variantes HSLA |
| V (vanádio) | não típico | frequentemente presente em pequenas quantidades de microaliagem (centenas de ppm) |
| Nb (niobio, colúmbio) | não típico | pode ser usado como elemento de microaliagem (traço a várias centenas de ppm) |
| Ti (titânio) | não típico | pode ser adicionado em alguns aços para controle de grão (traço) |
| B (boro) | não típico | não típico; traço apenas em aços especializados |
| N (nitrogênio) | residual | controlado; pode interagir com Ti/Nb para endurecimento por precipitação |
Notas: - A36 é essencialmente um aço estrutural de carbono simples com ligações intencionais limitadas. A572 é uma família de aços HSLA onde adições controladas de elementos de microaliagem (V, Nb, Ti) e controle mais rigoroso de Mn e Si permitem maiores resistências ao escoamento e melhor tenacidade sem aumentar muito o equivalente de carbono. - A composição exata do A572 varia por classe (42, 50, etc.) e por fábrica; a aquisição deve especificar a classe e solicitar relatórios de teste de material (MTRs).
Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência e a capacidade de endurecimento, mas pode reduzir a soldabilidade e a tenacidade quando alto. - O manganês aumenta a capacidade de endurecimento e a resistência à tração e promove a desoxidação. - Elementos de microaliagem (V, Nb, Ti) refinam o tamanho do grão e produzem endurecimento por precipitação que aumenta a resistência ao escoamento sem grandes aumentos no carbono. - Pequenas adições de Cr, Mo, Ni (quando presentes) aumentam a capacidade de endurecimento e o desempenho em altas temperaturas, mas são incomuns no A36/A572 padrão.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- A36: A microestrutura típica como laminada é ferrita com perlita — de grão grosso em comparação com aços HSLA. A36 é geralmente fornecido na condição laminada a quente. Não é destinado a tratamento térmico significativo; as propriedades são alcançadas no estado como laminado. A normalização pode refinar o tamanho do grão e melhorar ligeiramente a resistência e a tenacidade.
- A572: Produzido com química controlada e frequentemente com laminação termomecânica ou resfriamento acelerado para produzir uma microestrutura de ferrita-perlita mais fina ou ferrita acicular e precipitados benéficos (carbonitretos de V, Nb, Ti). Essa microestrutura refinada proporciona maior resistência ao escoamento e melhor tenacidade em comparação com aços de carbono simples de espessura semelhante.
- Resposta ao tratamento térmico:
- Normalização: ambas as classes podem ser normalizadas para refinar o tamanho do grão; A572 geralmente responde melhor porque os precipitados de microaliagem controlam o crescimento do grão.
- Resfriamento e tempera: não é tipicamente aplicado ao A36 ou ao A572 padrão na prática estrutural; se aços de alta resistência resfriados e temperados forem necessários, especificações diferentes são usadas.
- Processamento termomecânico (TMCP): A572 pode ser produzido por TMCP para explorar a laminação e o resfriamento controlados para maximizar a resistência e a tenacidade sem grande liga.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: Propriedades mecânicas típicas (condição da fábrica; os valores representam mínimos ou faixas comuns — verifique a especificação ASTM e o relatório de teste da fábrica).
| Propriedade | A36 (típico) | A572 (típico, Classe 50 como representativa) |
|---|---|---|
| Resistência ao escoamento (mínimo) | 36 ksi (≈250 MPa) | 50 ksi (≈345 MPa) |
| Resistência à tração (faixa típica) | ~58–80 ksi (≈400–550 MPa) | ~65–90 ksi (≈450–620 MPa) |
| Alongamento (em 2 in / 50 mm) | tipicamente ≥20% (depende da espessura) | tipicamente ≥18% (varia com a classe e a espessura) |
| Tenacidade ao impacto (Charpy V-notch) | geralmente não é obrigatório, a menos que especificado; moderada | frequentemente especificado a temperatura para serviço crítico; pode ser superior quando TMCP é usado |
| Dureza | moderada (valores Rockwell B típicos para aços de baixo a médio carbono) | geralmente mais alta, mas ainda usinável/formável; a dureza varia com a classe e o processamento |
Interpretação: - A572 (especialmente a Classe 50) fornece claramente uma resistência mínima ao escoamento mais alta do que A36, permitindo reduções de peso de projeto ou seções menores para a mesma carga. - A ductilidade (alongamento) é frequentemente comparável, embora materiais de maior resistência às vezes apresentem ligeiramente menor alongamento; o processamento moderno do A572 frequentemente preserva boa tenacidade e ductilidade aceitável. - A tenacidade (resistência ao impacto em baixa temperatura) é frequentemente melhor controlada e especificada para aplicações A572, particularmente quando usada em estruturas críticas.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do teor de carbono, equivalente de carbono (capacidade de endurecimento) e presença de elementos de microaliagem. Dois parâmetros empíricos comumente usados são mostrados aqui para interpretação.
-
Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Internacional (para previsão mais detalhada da soldabilidade e suscetibilidade a trincas a frio): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - A36 tipicamente tem um baixo equivalente de carbono e é amplamente considerado como facilmente soldável com processos padrão (SMAW, GMAW, FCAW). As temperaturas de pré-aquecimento e interpassagem são geralmente modestas, exceto para seções muito grossas ou serviço sensível ao hidrogênio. - As classes A572, apesar da maior resistência, são projetadas para permanecer soldáveis. A microaliagem em quantidades controladas aumenta a resistência sem grandes aumentos em $CE_{IIW}$. No entanto, classes de maior resistência, seções mais grossas ou aumento do manganês e do conteúdo de microaliagem podem elevar a capacidade de endurecimento e exigir procedimentos de soldagem mais cuidadosos (pré-aquecimento, controle de entrada de calor, consumíveis de baixo hidrogênio) para evitar suscetibilidade a trincas. - Conselho prático: Para estruturas críticas, especifique tratamento térmico pós-soldagem (se necessário), controle de temperatura de pré-aquecimento e interpassagem, e confirme os procedimentos de soldagem com registros de qualificação de procedimento (PQRs).
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, A36 ou A572 padrão, são aços inoxidáveis. Ambos requerem proteção de superfície para ambientes corrosivos.
- Estratégias de proteção comuns:
- Galvanização a quente (revestimento de zinco) para resistência à corrosão atmosférica a longo prazo.
- Primer de fábrica, pintura em campo ou revestimentos industriais especializados para ambientes severos.
- Revestimentos ou sistemas duplex, se necessário, para condições agressivas.
- Fórmula PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) para aços inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice não é aplicável ao A36 e A572 porque suas químicas carecem do conteúdo de cromo/molibdênio/nitrogênio que confere comportamento inoxidável. Para aplicações críticas à corrosão, escolha ligas inoxidáveis ou resistentes à corrosão em vez de confiar apenas na galvanização/revestimentos.
7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade
- Corte: Ambos os aços são facilmente cortados a oxigênio-combustível, cortados a plasma ou cortados a laser. O A572 de maior resistência pode exigir parâmetros de corte ligeiramente diferentes devido à maior resistência à tração.
- Conformação e dobra: A36, com sua menor resistência e microestrutura simples, é geralmente mais fácil de conformar e dobrar com menos retorno elástico. O A572, devido à sua maior resistência, mostrará mais retorno elástico e pode exigir ajustes (por exemplo, maior força de dobra ou raios de ferramentas mais apertados). A conformação a frio do A572 de maior classe deve ser validada.
- Usinabilidade: Ambos são usináveis com ferramentas padrão; o A572 pode ser ligeiramente mais abrasivo para ferramentas de corte dependendo dos precipitados de microaliagem.
- Fixação: O design de parafusos e soldas deve levar em conta a maior resistência ao usar A572 — por exemplo, pré-tensionamento de parafusos e cálculos de suporte.
8. Aplicações Típicas
| A36 — Usos Típicos | A572 — Usos Típicos |
|---|---|
| Formas estruturais gerais (placas, canais, vigas em I) para edifícios, pontes e estruturas industriais leves onde a resistência padrão é suficiente e o custo é uma prioridade. | Membros estruturais onde maior resistência ao escoamento reduz o tamanho ou peso da seção — pontes, estruturas de aço pesadas, trilhos de guindaste, estruturas de caminhões, aplicações de placas de alta resistência. |
| Trabalhos em aço secundário, suportes, membros não críticos, fabricação geral. | Aplicações que requerem tenacidade melhorada ou onde a redução de espessura leva a economias de material; alguns elementos estruturais sísmicos e de carga pesada. |
| Montagens soldadas não críticas, condições de carga leve. | Estruturas onde o código ou o projeto exige desempenho da Classe 50 (ou superior); componentes que se beneficiam da tenacidade produzida por TMCP. |
Racional de seleção: - Escolha A36 quando custo, facilidade de fabricação/soldagem e disponibilidade para espessuras comuns forem fatores determinantes. - Escolha A572 quando maior resistência ao escoamento, tenacidade controlada e potenciais economias de peso forem prioridades.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: A36 é tipicamente menos caro por peso unitário do que A572 devido à química mais simples e produção mais ampla. A572 exige um prêmio por classes de maior resistência e controle de processamento mais rigoroso.
- Disponibilidade: A36 está amplamente disponível em uma ampla gama de formas e espessuras de placas. A572 (especialmente a Classe 50) está amplamente disponível, mas menos ubíqua do que A36 em algumas formas de produtos de menor volume e espessuras. Os prazos de entrega podem variar por região e forma de produto (placa, bobina, flange larga).
- Dica de aquisição: Especifique a classe exata, forma do produto e quaisquer requisitos suplementares (temperatura de teste de impacto, condição da superfície, revestimento) para evitar surpresas de preços e prazos de entrega.
10. Resumo e Recomendação
Tabela: Comparação rápida
| Atributo | A36 | A572 (por exemplo, Classe 50) |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Excelente, direta | Muito boa quando seguindo procedimentos de soldagem controlados |
| Resistência–Tenacidade | Resistência moderada; tenacidade adequada para muitos usos | Maior resistência ao escoamento e frequentemente melhor tenacidade por peso devido ao processamento HSLA |
| Custo | Custo mais baixo por tonelada | Custo mais alto por tonelada; pode economizar custo reduzindo o tamanho da seção |
Conclusões: - Escolha A36 se: - A aplicação estrutural for rotineira e não exigir alta resistência ao escoamento. - Facilidade de fabricação, ampla disponibilidade e menor custo de material forem prioridades. - A simplicidade de soldagem e conformação forem importantes e nenhuma tenacidade especial for necessária.
- Escolha A572 se:
- Maior resistência ao escoamento for necessária (por exemplo, a Classe 50 oferece uma vantagem de design distinta).
- Você deseja potenciais reduções de peso ou tamanho da seção enquanto mantém boa tenacidade.
- O projeto puder acomodar controles de soldagem e fabricação ligeiramente mais rigorosos e tolerar um custo unitário de material mais alto para benefícios de ciclo de vida ou desempenho.
Nota final: Sempre especifique a classe ASTM exata, forma do produto, espessura e quaisquer requisitos suplementares (temperaturas de teste de impacto, revestimento ou procedimentos de soldagem) e exija relatórios de teste de fábrica (MTRs) com as entregas de material. Para projetos críticos, realize qualificações de procedimentos de soldagem e consulte as fichas de dados do fornecedor de aço/fábrica para alinhar a química e as propriedades mecânicas ao uso pretendido.