AH32 vs DH32 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
AH32 e DH32 são dois graus comuns de aço para construção naval/baixo liga de alta resistência (HSLA) usados para estruturas de casco, convés e outros componentes estruturais em engenharia marinha e offshore. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam as compensações entre resistência, tenacidade a baixa temperatura, soldabilidade e custo ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de um grau de chapa para serviço em clima temperado versus frio, equilibrando a facilidade de fabricação com o desempenho de impacto requerido, e especificando material para estruturas soldadas onde a tenacidade pós-solda é crítica.
A principal distinção prática entre AH32 e DH32 é a faixa de temperatura de serviço pretendida e os requisitos de tenacidade associados: DH32 é especificado e processado para fornecer maior tenacidade de impacto garantida a temperaturas de serviço mais baixas do que AH32. Como resultado, o DH32 frequentemente requer um controle mais rigoroso da composição e do processamento (processamento de controle termo-mecânico, TMCP) para garantir um desempenho confiável a baixa temperatura, enquanto o AH32 é otimizado para serviço em temperatura moderada com resistência estática geralmente semelhante, mas com demandas de impacto a baixa temperatura menos rigorosas.
1. Normas e Designações
- Principais normas de classificação e nacionais que incluem graus de construção naval do tipo AH32 e DH32:
- Sociedades de classificação: ABS, DNV/GL, Lloyd’s Register (notações equivalentes aparecem entre as sociedades).
- Normas nacionais: GB (China), JIS (Japão) e documentos técnicos ISO; muitas sociedades fornecem símbolos de grau equivalentes.
- Classe de material: Tanto o AH32 quanto o DH32 são aços HSLA não inoxidáveis, microaleados e de baixo carbono desenvolvidos para aplicações estruturais em navios e plataformas offshore. Eles não são aços para ferramentas ou graus inoxidáveis.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | AH32 (estratégia típica) | DH32 (estratégia típica) |
|---|---|---|
| C | Baixo carbono para soldabilidade e tenacidade | Baixo carbono, muitas vezes semelhante ou ligeiramente inferior ao AH32 para ajudar na tenacidade a baixa temperatura |
| Mn | Mn moderado para fornecer resistência e endurecibilidade | Mn moderado, controlado para limitar a endurecibilidade e reduzir o risco de trincas a frio |
| Si | Pequenas quantidades como desoxidante | Pequenas quantidades como desoxidante |
| P | Mantido baixo (controle de impurezas) | Mantido baixo; limites rigorosos para tenacidade |
| S | Mantido baixo (controle de impurezas) | Mantido baixo; limites rigorosos para tenacidade |
| Cr | Geralmente mínimo; usado apenas se necessário | Geralmente mínimo; não é uma liga de endurecimento primária |
| Ni | Normalmente não presente em quantidades significativas | Mínimo ou nenhum nas formulações comerciais típicas |
| Mo | Normalmente não significativo | Normalmente não significativo |
| V | Pode estar presente como elemento microaleante para resistência | Pode ser usado como microaleante para refinar o grão e melhorar a tenacidade |
| Nb (Cb) | Usado como microaleante (refinamento de grão, endurecimento por precipitação) | Frequentemente especificado ou controlado com precisão para otimizar a tenacidade a baixa temperatura com TMCP |
| Ti | Pequenas quantidades para controle de desoxidação/precipitação | Pequenas quantidades; controladas para evitar efeitos adversos na tenacidade |
| B | Tipicamente ausente ou rigidamente controlado | Tipicamente ausente ou rigidamente controlado |
| N | Controlado (baixo) para evitar reduções de tenacidade relacionadas a nitretos | Controlado (baixo); controle de qualidade crítico para maior tenacidade |
Notas: - Ambos os graus são projetados como aços microaleados de baixo carbono. A estratégia de liga enfatiza impurezas controladas (P, S, N) e adições microaleadas (Nb, V, Ti) para alcançar uma microestrutura ferrítica de grão fino, permitindo alta resistência com boa tenacidade. - As especificações do DH32 tendem a impor controles mais rigorosos sobre os níveis de impurezas e, às vezes, faixas mais rigorosas para adições microaleadas para garantir desempenho em temperaturas mais baixas.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestruturas típicas:
- AH32: Ferrita de grão fino e ferrita poligonal com componentes de perlita ou bainita dispersos, dependendo do TMCP. A microestrutura é equilibrada para resistência e ductilidade em temperaturas moderadas.
- DH32: Microestrutura ferrítica-perlítica ou ferrítica-bainítica semelhante, mas processada (TMCP) para promover um tamanho de grão mais fino e produtos de transformação favoráveis que melhoram a tenacidade de impacto a baixa temperatura.
- Efeitos do tratamento térmico e processamento:
- Normalização: Aumenta a uniformidade e refina o tamanho do grão em relação ao material como laminado; pode ser aplicada a ambos os graus, mas o TMCP é mais comum e econômico para a produção de chapas.
- Processamento controlado termo-mecânico (TMCP): Amplamente utilizado para ambos os graus em usinas de chapas modernas. Para o DH32, os cronogramas de TMCP são frequentemente ajustados para alcançar uma maior fração de microestruturas de ferrita/bainita acicular e um tamanho de grão de austenita anterior mais fino, melhorando a tenacidade em temperaturas mais baixas.
- Resfriamento e revenido: Não é típico para grandes chapas de navios; se aplicado, aumenta a resistência, mas pode reduzir a ductilidade e complicar os procedimentos de soldagem. Ambos os graus são produzidos principalmente por meio de laminação controlada e resfriamento acelerado, em vez de ciclos completos de resfriamento e revenido.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade | AH32 (expectativa geral) | DH32 (expectativa geral) |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Resistência alta comparável típica das chapas HSLA da classe "32" | Comparável; não significativamente maior que AH32 em resistência estática |
| Limite de escoamento | Semelhante ao AH32 (nível de limite de escoamento da chapa) | Semelhante; DH32 atende aos requisitos de classe de limite de escoamento |
| Elongação | Boa ductilidade típica das chapas HSLA | Boa ductilidade; comparável ao AH32 |
| Tenacidade de impacto | Especificada para desempenho moderado a baixa temperatura | Tenacidade de impacto aprimorada a temperaturas mais baixas (diferenciador primário) |
| Dureza | Moderada (compatível com soldagem e conformação) | Semelhante; não projetada como aço de alta dureza |
Interpretação: - As propriedades de resistência estática (limite de escoamento e tração) para ambos os graus são geralmente comparáveis porque ambos pertencem à mesma classe de resistência; a principal diferenciação mecânica é a tenacidade de impacto a temperaturas mais baixas, onde o DH32 é especificado para manter maior absorção de energia. - A ductilidade e a elongação são semelhantes; o controle de microaleação e TMCP visa manter a ductilidade enquanto melhora a tenacidade em serviço a frio para o DH32.
5. Soldabilidade
- Fatores que influenciam a soldabilidade: teor de carbono, endurecibilidade efetiva (Mn e ligações), microaleação (Nb, V, Ti) e níveis de impurezas (P, S, N). Maior endurecibilidade e maior equivalente de carbono (CE) aumentam o risco de trincas a frio e os requisitos de pré-aquecimento.
- Índices comuns de equivalente de carbono e soldabilidade para interpretação qualitativa:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretação:
- Tanto o AH32 quanto o DH32 são projetados para boa soldabilidade: baixo carbono e ligações controladas mantêm $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ relativamente baixos em comparação com aços resfriados e revenidos.
- O controle de impurezas mais rigoroso do DH32 e a microestrutura impulsionada pelo TMCP podem reduzir a suscetibilidade a trincas a frio, mas algumas escolhas de processamento (conteúdo de microaleação e espessura) podem aumentar ligeiramente a endurecibilidade em comparação com o AH32. Como resultado, as especificações do procedimento de soldagem (pré-aquecimento, temperatura entre passes, consumíveis e tratamento térmico pós-solda, se necessário) devem ser baseadas na espessura da chapa, energia de soldagem e cálculos de CE/Pcm.
- Efeito prático: Espere que ambos os graus sejam facilmente soldáveis usando procedimentos padrão para aços de chapa de navios, mas o DH32 pode exigir controle de pré-aquecimento/interpasso um pouco mais conservador em seções grossas ou juntas altamente restritas quando a tenacidade a baixa temperatura deve ser preservada.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto o AH32 quanto o DH32 são aços carbono/HSLA (não inoxidáveis). Eles dependem de sistemas de proteção de superfície para resistência à corrosão:
- Proteções comuns: limpeza por jateamento e revestimentos de primer/epóxi/poliuretano, galvanização a quente (para pequenos componentes) e ânodos sacrificiais em ambientes marinhos para controle de corrosão em estruturas offshore.
- Índices específicos para inox (por exemplo, PREN) não são aplicáveis a esses aços de chapa não inoxidáveis. Se o desempenho inoxidável for necessário, um grau inoxidável com um cálculo de PREN seria selecionado:
- Exemplo de PREN para ligas inoxidáveis (não aplicável aqui): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Notas de seleção:
- A estratégia de proteção contra corrosão é independente da escolha entre AH32 e DH32; a última escolha é impulsionada pelos requisitos mecânicos/tenacidade. Para cascos expostos e ambientes marinhos severos, escolha revestimentos e proteção catódica apropriados para a vida útil esperada e intervalos de manutenção.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Fabricação:
- Ambos os graus se formam e dobram bem dentro dos limites típicos de conformação de chapas; o retorno elástico e os raios de dobra seguem as diretrizes padrão de HSLA. O DH32 pode ser ligeiramente mais exigente para conformação a frio, dado seu foco na tenacidade a baixa temperatura, mas as diferenças são pequenas.
- Maquinabilidade:
- Ambos não são otimizados para usinagem em alta velocidade; a maquinabilidade é típica de aços HSLA de baixo carbono—boa com ferramentas e refrigerantes apropriados. Elementos microaleantes que aumentam a resistência podem reduzir marginalmente a maquinabilidade.
- Acabamento:
- Desbaste, chanfragem e preparação de bordas seguem práticas padrão. A seleção de consumíveis de soldagem deve corresponder à tenacidade e química do metal base para ambos os graus.
8. Aplicações Típicas
| AH32 (usos típicos) | DH32 (usos típicos) |
|---|---|
| Chapas de casco e convés para condições de serviço temperado | Chapas de casco e membros estruturais destinados a climas mais frios ou serviço ártico/próximo ao ártico |
| Membros estruturais gerais de navios onde a tenacidade a baixa temperatura moderada é suficiente | Plataformas offshore e embarcações que requerem desempenho de impacto garantido a temperaturas mais baixas |
| Superestruturas e estruturas internas com demanda de baixa temperatura menos severa | Áreas com alta demanda de tenacidade (por exemplo, fundos duplos, fundo interno onde o risco de fratura frágil é maior em frio) |
| Projetos sensíveis a custos onde o desempenho padrão de HSLA é suficiente | Projetos que priorizam segurança contra fraturas a baixa temperatura e maiores distâncias de parada de fratura |
Racional de seleção: - Escolha AH32 para aplicações estruturais de alta resistência e custo-efetivas em ambientes temperados onde os requisitos de impacto padrão são atendidos. - Escolha DH32 quando a carga de projeto e a temperatura de serviço exigirem uma margem de tenacidade de impacto garantida mais alta a temperaturas mais baixas—essa escolha é uma medida de mitigação de risco contra fraturas frágeis em serviço a frio.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo:
- AH32 é tipicamente ligeiramente menos caro que DH32 por tonelada, pois o DH32 pode exigir controles de fabricação de aço mais rigorosos, TMCP mais precisos e inspeção/testes mais rigorosos para tenacidade a baixa temperatura.
- Disponibilidade por forma de produto:
- Chapasa e, em alguns mercados, bobinas em AH32 e DH32 estão comumente disponíveis em usinas de chapas de navios; a disponibilidade depende da capacidade da usina de fornecer chapas TMCP e da demanda regional.
- Prazos de entrega: O DH32 pode ter prazos de entrega mais longos ou quantidades mínimas de pedido se as usinas precisarem agendar controle de processo específico ou testes adicionais.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | AH32 | DH32 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Alta (práticas padrão de HSLA) | Alta, mas pode precisar de pré-aquecimento/interpasso ligeiramente mais conservador em juntas grossas e restritas |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Forte com boa tenacidade para temperaturas moderadas | Resistência estática semelhante com tenacidade garantida superior a baixa temperatura |
| Custo | Mais baixo (geralmente) | Mais alto (prêmios de processo e teste) |
Recomendação: - Escolha AH32 se você precisar de uma chapa de navio HSLA robusta e econômica para serviço temperado onde as propriedades de impacto padrão atendem aos requisitos de projeto e onde a facilidade de fabricação e o custo são prioridades. - Escolha DH32 se a estrutura operar em ambientes de serviço mais frios ou se códigos de projeto/clientes exigirem maior tenacidade de impacto garantida a temperaturas mais baixas; selecione DH32 quando a mitigação do risco de fratura frágil e maior capacidade de parada de fratura forem importantes.
Nota prática final: Sempre consulte a sociedade de classificação específica ou a especificação de norma nacional para os limites químicos precisos, tabelas de propriedades mecânicas e temperaturas de teste de impacto requeridas para equivalentes AH32 e DH32. As especificações do procedimento de soldagem (WPS), limites de entrada de calor e requisitos de testes não destrutivos devem ser desenvolvidos usando os certificados reais da usina de chapas e os requisitos de temperatura de projeto do projeto.