BH180 vs BH220 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

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Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente ponderam as compensações entre resistência, ductilidade, soldabilidade, custo e disponibilidade ao selecionar aços estruturais. BH180 e BH220 são dois graus de aço comercial intimamente relacionados que são frequentemente comparados quando um projeto requer chapa ou fita estrutural de baixa a média resistência, onde a conformabilidade e o custo são importantes. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha entre material de menor custo e mais fácil de formar para componentes estruturais leves versus uma opção de maior rendimento quando maior capacidade de carga ou seções mais finas são desejadas.

A principal característica distintiva entre BH180 e BH220 é seu nível de resistência ao escoamento projetado: BH220 é especificado para um rendimento mínimo mais alto do que BH180. Como a resistência ao escoamento governa as tensões de projeto permitidas, estratégias de fabricação e, às vezes, processos de conformação a frio e união a jusante, esses graus são comumente comparados em especificações de projeto e fabricação.

1. Normas e Designações

  • Normas comuns onde graus semelhantes baseados em rendimento aparecem: normas nacionais como GB (China), JIS (Japão), EN (Europa) e ASTM/ASME (EUA). Nomes de grau específicos e convenções de numeração diferem por jurisdição; a nomenclatura "BH" é mais comumente encontrada em normas asiáticas e catálogos de fornecedores para aços estruturais laminados a quente e a frio.
  • Classificação por família de aço:
  • BH180: tipicamente um aço estrutural de carbono ou microaleado de baixa a média resistência (não inoxidável).
  • BH220: tipicamente um aço estrutural de carbono ou microaleado de média resistência (não inoxidável).
  • Estes não são aços para ferramentas, aços inoxidáveis ou graus de alta liga; normalmente são tratados como aços estruturais de carbono/microaleados (semelhantes ao aço macio ou HSLA dependendo do conteúdo de microaleação).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Abaixo está uma tabela de composição representativa mostrando elementos comumente especificados para aços estruturais de baixa a média resistência. As composições reais variam por fornecedor e norma. Sempre confirme com o certificado de material do fabricante.

Elemento Faixa típica (wt%) — BH180 Faixa típica (wt%) — BH220
C 0.06–0.18 0.08–0.20
Mn 0.30–1.20 0.40–1.20
Si 0.02–0.40 0.02–0.40
P ≤ 0.035 ≤ 0.035
S ≤ 0.035 ≤ 0.035
Cr ≤ 0.30 (opcional) ≤ 0.30 (opcional)
Ni ≤ 0.30 (opcional) ≤ 0.30 (opcional)
Mo ≤ 0.10 (opcional) ≤ 0.10 (opcional)
V traço–0.10 (variantes microaleadas) traço–0.10 (variantes microaleadas)
Nb traço–0.06 (variantes microaleadas) traço–0.06 (variantes microaleadas)
Ti traço (desoxidação/estabilização) traço (desoxidação/estabilização)
B níveis de ppm se usados níveis de ppm se usados
N tipicamente ≤ 0.012 tipicamente ≤ 0.012

Notas: - Estas são faixas representativas usadas em aços estruturais de baixa e média resistência. Elementos de microaleação como V, Nb, Ti podem ser intencionalmente adicionados em baixos níveis para controlar o tamanho do grão, endurecimento por precipitação e tenacidade sem aumentar significativamente o equivalente de carbono. - Um maior teor de carbono ou adições deliberadas de Cr, Ni ou Mo moveriam o grau em direção a aços ligados e mudariam a soldabilidade e a resposta ao tratamento térmico.

Como a liga afeta o desempenho: - Carbono: principal contribuinte para a dureza e resistência; maior teor de carbono aumenta a resistência, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade. - Manganês: aumenta a resistência e a dureza e compensa a fragilização por enxofre; em excesso prejudica a conformabilidade. - Silício: desoxidante; pequenas quantidades podem aumentar a resistência. - Microaleação (V, Nb, Ti): refino de grão e endurecimento por precipitação, melhorando o rendimento e a tenacidade sem grandes aumentos no carbono.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas como processadas para graus BH: - BH180: geralmente uma microestrutura de ferrita–pearlita na condição como laminada com grãos relativamente grossos se não microaleada; variantes microaleadas mostram ferrita mais fina com carbonetos/nitratos dispersos. - BH220: frequentemente uma base de ferrita–pearlita semelhante, mas com uma maior proporção de fases endurecidas por trabalho ou precipitação (por exemplo, ferrita mais fina, precipitados mais dispersos) seja por composição (C/Mn ligeiramente mais alto) ou processamento termo-mecânico controlado.

Efeitos de rotas de processamento comuns: - Normalização: refina o tamanho do grão e homogeneiza a microestrutura, melhorando a tenacidade e, às vezes, a resistência modestamente. Ambos os graus se beneficiam da normalização se maior tenacidade for necessária. - Resfriamento e têmpera: geralmente não é econômico ou necessário para graus BH; Q&T transicionaria esses materiais para microestruturas de têmpera resfriada (martensita temperada/bainita temperada) com resistência muito maior e ductilidade reduzida em relação à intenção do grau estrutural. - Processamento de controle termo-mecânico (TMCP): frequentemente aplicado ao BH220 para alcançar maior resistência ao escoamento através de laminação controlada e resfriamento acelerado, produzindo ferrita refinada com endurecimento por precipitação enquanto mantém ductilidade e tenacidade.

Em resumo, o BH220 é produzido seja por um conteúdo de liga ligeiramente mais alto ou por um TMCP mais agressivo para alcançar maior resistência ao escoamento enquanto retém tenacidade e conformabilidade aceitáveis.

4. Propriedades Mecânicas

Faixas representativas de propriedades mecânicas para BH180 e BH220 em formas de produto comuns (chapa/ bobina). Confirme os valores reais a partir do certificado de teste do moinho.

Propriedade BH180 (típico) BH220 (típico)
Resistência ao Escoamento Mínima Especificada (0.2% offset) ~180 MPa ~220 MPa
Resistência à Tração (Rm) ~300–420 MPa ~360–520 MPa
Alongamento (A%) ~20–30% ~16–25%
Tenacidade ao Impacto (Charpy V-notch, típico em ambiente) Boa; depende da espessura/processo Comparável ou ligeiramente inferior se a resistência for alcançada por liga ou TMCP
Dureza (HB) Baixa a moderada (~100–160 HB) Moderada (~130–190 HB)

Interpretação: - Resistência: BH220 tem um rendimento especificado mais alto e geralmente maior resistência à tração do que BH180, permitindo seções mais finas para a mesma carga. - Ductilidade & tenacidade: BH180 tende a ser mais dúctil e mais fácil de formar; BH220 pode ser projetado para manter boa tenacidade, mas variantes de maior resistência frequentemente trocam algum alongamento por rendimento. - Implicação de projeto: Escolha BH220 para maior capacidade de carga ou redução da espessura da seção; escolha BH180 quando a conformação, dobra ou absorção de energia for priorizada.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é influenciada principalmente pelo teor de carbono, liga combinada (dureza) e resíduos. Dois índices empíricos úteis:

  • Equivalente de Carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

  • Pcm Modificado (para avaliar a 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: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ implicam soldabilidade mais fácil e menor risco de trincas a frio induzidas por hidrogênio. - BH180 tipicamente tem um equivalente de carbono mais baixo do que BH220 se BH220 atinge rendimento através de C/Mn ligeiramente mais alto ou microaleação adicional; portanto, BH180 é frequentemente marginalmente mais fácil de soldar sem pré-aquecimento. - Microaleação (Nb, V) pode aumentar a dureza localmente e necessitar de procedimentos de soldagem controlados (menor entrada de calor, pré-aquecimento/pós-aquecimento) para seções mais grossas. - Orientação prática: Avalie a espessura da junta, controle de hidrogênio e processo de soldagem; ao soldar BH220, considere pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes e correspondência de preenchimento apropriada para evitar microestruturas frágeis na ZTA.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

  • Nenhum dos dois, BH180 ou BH220, são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão é típica de aços carbono. A exposição a ambientes úmidos ou corrosivos requer proteção de superfície.
  • Estratégias de proteção comuns:
  • Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica.
  • Revestimentos/orgânicos para uso arquitetônico ou adjacente ao mar (com preparação de superfície adequada).
  • Revestimento ou revestimento em ambientes especialmente corrosivos.
  • PREN não é aplicável porque estes não são graus inoxidáveis. Para completude, o índice PREN usado para aços inoxidáveis é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas isso não se aplica a aços carbono de baixa liga.
  • Se resistência à corrosão for necessária no projeto, considere mudar para um grau inoxidável adequado ou aplicar revestimentos apropriados; essas considerações afetarão fortemente o custo do ciclo de vida.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

  • Conformabilidade: BH180 geralmente oferece melhor conformação a frio (dobra, estiramento) devido ao menor rendimento e maior alongamento. BH220 pode ser formado, mas pode exigir raios de dobra maiores ou recozimento intermediário para estiramento profundo.
  • Maquinabilidade: Ambos os graus são usináveis com ferramentas padrão; maior resistência (BH220) pode aumentar o desgaste da ferramenta e as forças de corte. Escolha velocidades e avanços de corte para corresponder à resistência e dureza.
  • Processos de corte e térmicos: Corte a plasma, oxicombustível e laser são comumente usados; seções mais grossas de BH220 podem exigir parâmetros ajustados devido à maior resistência e possível suscetibilidade a trincas térmicas.
  • Acabamento de superfície/acabamento: BH180 pode aceitar acabamentos de superfície mais finos a um custo ligeiramente mais baixo devido à usinagem mais fácil e menor dureza.

8. Aplicações Típicas

BH180 — Aplicações Típicas BH220 — Aplicações Típicas
Seções estruturais leves, fabricação geral, painéis internos automotivos, suportes de baixa carga, estruturas leves Componentes estruturais de média resistência, membros de chassi, estruturas que requerem maior rendimento, estruturas de transporte onde seções mais finas são desejadas
Bens de consumo onde a conformabilidade e o custo são priorizados Equipamentos agrícolas e de construção onde maior relação resistência/peso é necessária
Componentes arquitetônicos pintados ou galvanizados com cargas moderadas Componentes que se beneficiam da resistência produzida por TMCP com tenacidade retida (por exemplo, quadros de reboque, membros de suporte de carga média)

Racional de seleção: - BH180: escolhido onde a conformação, absorção de energia e custo são primários; seções mais grossas podem ser usadas para atender à resistência. - BH220: escolhido onde a economia de peso, maior tensão permitida ou seções mais finas são desejadas, enquanto ainda se utiliza um aço carbono/microaleado.

9. Custo e Disponibilidade

  • Custo relativo: BH220 é tipicamente modestamente mais caro do que BH180 por unidade de massa devido ao maior processamento (TMCP) ou ligeiramente maior liga; no entanto, BH220 pode reduzir o custo total da peça ao permitir espessura reduzida.
  • Disponibilidade: Ambos estão comumente disponíveis em formas de chapa e bobina nos mercados regionais onde essas designações são usadas; as formas exatas de produto e larguras de bobina variam por moinho e região. BH180 ou equivalentes são quase universalmente estocados; BH220 pode ser produzido sob encomenda em alguns mercados dependendo da demanda.

10. Resumo e Recomendação

Atributo BH180 BH220
Soldabilidade Melhor (menor equivalente de carbono em muitos casos) Bom, mas pode exigir controles mais rigorosos para seções mais grossas
Equilíbrio Resistência–Tenacidade Menor rendimento, maior ductilidade Maior rendimento, potencialmente tenacidade semelhante se TMCP; menos dúctil
Custo Menor custo de material por tonelada Maior custo de material por tonelada, mas pode reduzir peso/custo da peça

Recomendações: - Escolha BH180 se precisar de facilidade de conformação e soldagem, maior ductilidade, e a aplicação tolerar uma resistência ao escoamento mais baixa—exemplos: peças estruturais leves, componentes fortemente formados, e onde o custo é um fator primário. - Escolha BH220 se precisar de um rendimento mínimo mais alto para reduzir a espessura ou massa da seção enquanto mantém uma tenacidade razoável—exemplos: membros estruturais de carga média, quadros, ou aplicações onde a economia de peso é importante.

Nota final: BH180 e BH220 são escolhas baseadas em rendimento dentro da família mais ampla de aços estruturais de carbono e microaleados. Para qualquer projeto crítico, verifique a composição química exata e os certificados de teste mecânico do fornecedor, confirme as normas nacionais ou do projeto aplicáveis e valide os procedimentos de soldagem e conformação através de testes ou recomendações do fornecedor.

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