AH36 vs AH40 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

AH36 e AH40 são graus de aço estrutural marinho comumente usados para cascos de navios, estruturas offshore e aplicações de chapas pesadas. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação avaliam rotineiramente esses graus ao equilibrar requisitos de resistência estrutural, resistência à fratura, soldabilidade, fabricabilidade e custo. Os contextos típicos de decisão incluem escolher uma chapa mais pesada e mais dúctil para resistir à fratura frágil em ambientes frios em comparação com uma chapa de maior resistência para reduzir a espessura da seção e o peso.

A distinção prática fundamental entre AH36 e AH40 reside em seu nível de resistência de projeto e nas medidas metalúrgicas usadas para alcançá-lo: AH40 é produzido para uma classe de resistência mínima mais alta do que AH36, o que influencia a liga necessária, o processamento termo-mecânico e as compensações resultantes de ductilidade/resiliência. Essas diferenças tornam os dois graus comparadores naturais quando os projetistas devem escolher entre aço mais espesso e mais dúctil e aço mais fino e de maior resistência.

1. Normas e Designações

• Normas e regras de classe comuns:
• ABS (American Bureau of Shipping) — AH36, AH40 são graus estruturais de casco ABS.
• ASTM/ASME — ASTM A131 refere-se a aços para construção naval com nomes de grau semelhantes.
• JIS (Japão) e EN (Europa) têm nomenclaturas diferentes, mas graus HSLA/marítimos comparáveis.
• Equivalentes GB (China) existem em especificações nacionais de construção naval.
• Classificação metalúrgica:
• Ambos, AH36 e AH40, são aços de baixo carbono e manganês de alta resistência e baixa liga (HSLA) adaptados para aplicações estruturais marinhas (não inoxidáveis, não aços para ferramentas).
• Eles são projetados para fornecer uma combinação equilibrada de resistência e resiliência, em vez de dureza ou resistência ao desgaste.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Abaixo está uma comparação qualitativa das práticas típicas de liga, em vez de números garantidos específicos (os limites químicos reais variam de acordo com a norma, o moinho e a forma do produto — consulte os certificados do moinho para decisões de compra).

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês aumentam a resistência e a endurecibilidade, mas o aumento do carbono reduz a soldabilidade e a resiliência. Ambos os graus gerenciam o carbono para equilibrar as propriedades. - Elementos de microliga (Nb, V, Ti) são usados em pequenas quantidades para refinar o tamanho do grão, permitir maior resistência através do endurecimento por precipitação e manter a resiliência sem exigir grandes aumentos de carbono. - O silício é principalmente um desoxidante e tem efeitos de endurecimento menores. - A liga para resistência à corrosão (Cr, Ni, Mo) é mínima ou ausente nesses aços estruturais marinhos não inoxidáveis; a proteção contra corrosão é alcançada por meio de revestimentos e medidas catódicas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Rota de produção típica:
• Ambos, AH36 e AH40, são mais comumente produzidos por laminação controlada e resfriamento (processamento de controle termo-mecânico, TMCP). Eles são normalmente fornecidos na condição como laminados ou normalizados, em vez de temperados e revenidos.
• Microestrutura:
• AH36: Microestrutura de ferrita-perlita ou ferrita-bainita fina com tamanho de grão controlado devido ao TMCP e microliga. A matriz enfatiza a ductilidade e boa resiliência a baixas temperaturas.
• AH40: Família semelhante de microestruturas, mas tipicamente tem uma fração maior de constituintes bainíticos mais finos e/ou endurecimento por precipitação mais forte devido à microliga. Isso resulta em um nível de resistência mais alto, mantendo uma resiliência aceitável.
• Sensibilidade ao tratamento térmico:
• A normalização (aquecimento acima do crítico e resfriamento ao ar) pode melhorar a resiliência e refinar o grão para ambos os graus, mas nem sempre é aplicada para chapas grandes devido ao custo.
• O tratamento de têmpera e revenido é incomum para esses graus de construção naval porque aumenta o custo e pode reduzir a soldabilidade; quando usado, aumentará significativamente a resistência, mas requer controle rigoroso do processo.
• A laminação termo-mecânica e o resfriamento acelerado são os meios preferidos para aumentar a resistência enquanto mantém boa resiliência.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela a seguir fornece comparações qualitativas; os valores garantidos dependem da espessura e da norma e devem ser retirados da especificação aplicável ou do certificado de teste do moinho.

Explicação: - AH40 alcança maior resistência através de ligações ligeiramente mais altas e/ou controles TMCP mais rigorosos; isso geralmente reduz a ductilidade e pode alterar o comportamento da resiliência ao impacto se não for processado com cuidado. - Os projetistas escolhem AH36 quando a maior capacidade de deformação e absorção de energia (por exemplo, para cenários de colisão ou serviço a baixa temperatura) são prioridades. - AH40 é selecionado quando a redução da seção e a economia de peso são priorizadas, desde que os requisitos de resiliência e soldabilidade sejam atendidos.

5. Soldabilidade

As considerações de soldabilidade para esses graus dependem do teor de carbono, da endurecibilidade efetiva e do conteúdo de microliga. Dois índices de conteúdo combinado comumente usados para soldabilidade são mostrados abaixo:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil e menor suscetibilidade a trincas a frio assistidas por hidrogênio. AH36 geralmente tem índices de endurecibilidade efetiva mais baixos do que AH40 porque a química e o processamento do AH40 empurram para uma resistência mais alta. - Elementos de microliga (Nb, V) e ligeiramente mais Mn podem aumentar a endurecibilidade e o risco de regiões martensíticas na zona afetada pelo calor (HAZ) sob altas taxas de resfriamento; consequentemente, pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas são mais frequentemente necessárias para AH40 em seções grossas. - Ambos os graus são soldáveis com processos convencionais (SMAW, GMAW, SAW), mas as especificações de procedimento de soldagem devem levar em conta a espessura da chapa, o design da junta e a endurecibilidade efetiva do grau. O tratamento térmico pós-soldagem é raramente usado para chapas de construção naval; em vez disso, pré-aquecimento e consumíveis controlados são utilizados.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Esses graus AH são aços carbono/ligas não inoxidáveis; a resistência intrínseca à corrosão é mínima. A proteção contra corrosão depende de revestimentos, proteção catódica e detalhes de design que evitem fendas ou água estagnada.
• Métodos de proteção típicos: galvanização a quente (onde apropriado para partes ou componentes mais finos), revestimentos industriais (epóxi, poliuretano) e ânodos sacrificiais para estruturas submersas.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) não é aplicável a esses aços não inoxidáveis; para referência, o PREN é calculado como: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ mas não teria significado para AH36/AH40 porque os teores de Cr e Mo são negligenciáveis.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Formabilidade e dobra:
• AH36, sendo mais dúctil, é mais fácil de formar e dobrar em raios sem trincar; o retorno elástico é menor.
• AH40 requer ferramentas mais cuidadosas e folgas de dobra; raios de dobra menores e operações de conformação a frio devem ser avaliados em relação ao alongamento reduzido.
• Corte e usinagem:
• A maior resistência em AH40 pode aumentar ligeiramente as forças de corte e o desgaste da ferramenta em comparação com AH36; no entanto, ambos são facilmente usinados com práticas padrão ao usar ferramentas e alimentações apropriadas.
• Acabamento:
• Desbaste, jateamento e preparação de superfície se comportam de maneira semelhante; evite superaquecimento durante o corte ou desbaste para prevenir efeitos de endurecimento ou têmpera da superfície.
• Controle dimensional:
• Seções mais finas possibilitadas por AH40 devem ser avaliadas quanto à sensibilidade à distorção durante a soldagem e o acabamento.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha AH36 onde a capacidade de deformação, o desempenho a baixa temperatura e a fabricação/soldagem mais simples são decisivos. - Escolha AH40 onde a redução de peso do material, tensões permitidas mais altas ou restrições de espaço justificam a chapa de maior resistência e onde os controles de fabricação podem garantir resiliência e integridade da solda adequadas.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo:
• AH40 é tipicamente mais caro por tonelada do que AH36 devido a controles de processamento mais rigorosos e possíveis adições de microliga necessárias para alcançar a classe de resistência mais alta.
• O custo total do componente pode ser menor com AH40 se as reduções na espessura da seção levarem a um menor peso do material e economias subsequentes.
• Disponibilidade:
• AH36 está amplamente disponível na maioria dos estoques de chapas de construção naval e linhas de produtos padrão do moinho.
• AH40 também é comum, mas a disponibilidade pode ser mais limitada para espessuras, larguras e graus especiais que exigem cronogramas TMCP específicos; os prazos de entrega podem ser mais longos para tamanhos de chapa não padrão.
• Nota de aquisição:
• Avalie o custo total do ciclo de vida, incluindo fabricação, preparação de soldagem, revestimentos e economias potenciais de peso reduzido ao especificar AH40 em vez de AH36.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha AH36 se seus requisitos principais enfatizarem ductilidade, facilidade de fabricação e soldagem, robusta resiliência a baixas temperaturas e aquisição direta (aplicações típicas de construção naval de chapas pesadas). - Escolha AH40 se você precisar de uma resistência de projeto mais alta para reduzir a espessura da chapa e o peso da estrutura, e puder aceitar (e gerenciar) as compensações: ligeiramente reduzido alongamento, controles de processamento e soldagem mais rigorosos e potencialmente maior custo unitário do material.

Nota prática final: Sempre confirme a norma aplicável e revise os certificados de teste do moinho para composição química e propriedades mecânicas garantidas para a espessura e o calor específicos da chapa. As especificações de procedimento de soldagem e os testes de qualificação devem ser derivados do grau escolhido, espessura e ambiente de serviço para garantir desempenho e conformidade.