DH36 vs EH36 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
DH36 e EH36 são aços estruturais de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) amplamente utilizados na construção naval, estruturas offshore e fabricação pesada. Engenheiros e profissionais de compras frequentemente enfrentam um dilema de seleção entre essas duas classes ao equilibrar a tenacidade ao impacto em baixas temperaturas com custo, soldabilidade e disponibilidade. Os contextos típicos de decisão incluem o revestimento do casco para diferentes climas de serviço, aplicações em pequenas embarcações vs. polares, e fluxos de trabalho de fabricação que restringem o tratamento térmico pós-solda.
A principal distinção prática entre DH36 e EH36 reside em seu desempenho especificado de impacto em baixa temperatura e nos controles de produção que suportam esse desempenho. Ambos pertencem à mesma família de aços navais HSLA e compartilham estratégias químicas semelhantes, mas o EH36 é especificado e processado para demonstrar uma tenacidade de entalhe superior em temperaturas mais baixas do que o DH36, o que afeta o processamento, a inspeção e o custo.
1. Normas e Designações
- Normas internacionais comuns onde essas designações aparecem:
- ASTM/ASME: ASTM A131 (aço para construção naval) — AH36 / DH36 / EH36 são designações comuns A131.
- ABS / DNV / LR / BV / NK: Sociedades de classificação referenciam requisitos equivalentes para classes de placas.
- EN: A família EN 10025 cobre aços estruturais, mas não utiliza a nomenclatura AH/DH/EH diretamente; classes EN como S355 têm níveis de resistência comparáveis.
- JIS / GB: Normas JIS e GB chinesas têm classes estruturais marinhas análogas; as designações nacionais diferem.
- Tipo de material: HSLA (aço carbono de alta resistência e baixo teor de liga) com elementos de microligação para resistência e tenacidade.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir apresenta faixas de composição representativas típicas para a família de aços navais AH/DH/EH36. Os limites exatos são específicos de norma e de usina; consulte a especificação de compra para valores garantidos.
| Elemento | Faixa típica / comentário (wt%) |
|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 (mantido baixo para preservar soldabilidade e tenacidade) |
| Mn | 0.7 – 1.6 (contribuição primária de resistência do Mn) |
| Si | 0.10 – 0.50 (desoxidação; pequenas quantidades ajudam na resistência) |
| P | ≤ 0.035 (controlado para evitar fragilização) |
| S | ≤ 0.035 (controlado para melhorar tenacidade & soldabilidade) |
| Cr | ≤ 0.40 (se presente, melhora marginalmente a temperabilidade e resistência) |
| Ni | ≤ 0.50 (ocasionalmente adicionado para aumentar a tenacidade em baixa temperatura) |
| Mo | traço – 0.15 (pode melhorar a temperabilidade e resistência ao fluência) |
| V | traço – 0.10 (microliga, refina o tamanho do grão) |
| Nb (Cb) | traço – 0.06 (microliga, estabiliza a estrutura de grão fino) |
| Ti | traço – 0.02–0.05 (desoxidante, refinador de grão se utilizado) |
| B | traço (ppm, pode aumentar a temperabilidade em níveis muito baixos) |
| N | níveis baixos controlados (afeta a precipitação e tenacidade) |
Estratégia de liga: - Baixo teor de carbono e níveis controlados de impurezas mantêm a soldabilidade e tenacidade. - O Mn é o principal contribuinte para a resistência; elementos de microligação (Nb, V, Ti) são usados em pequenas quantidades para refinar o tamanho do grão e aumentar a resistência ao escoamento através do endurecimento por precipitação sem aumentar o carbono. - Pequenas adições de Ni e Cr (ou Mo) podem ser usadas para garantir a tenacidade em baixa temperatura ou para melhorar marginalmente a temperabilidade. O EH36 geralmente requer um controle mais rigoroso da química e do processamento termomecânico para atender aos critérios de impacto em temperaturas mais baixas.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura típica: - Placas DH36/EH36 laminadas ou processadas termomecanicamente exibem uma matriz de ferrita–pearlita refinada ou ferrita com bainita fina dispersa/martensita temperada, dependendo do resfriamento e do teor de liga. - Aços microligados com Nb/V/Ti promovem uma matriz de ferrita poligonal fina com precipitados finos, melhorando a resistência ao escoamento e tenacidade.
Efeitos do processamento: - Normalização: Aumenta a tenacidade ao produzir uma estrutura de grão fino uniforme; às vezes especificado para placas muito grossas para assegurar homogeneidade. - Têmpera & revenimento: Normalmente não aplicado a placas de navios convencionais devido ao custo; essas classes são projetadas para processamento laminado ou controlado termomecanicamente onde o resfriamento controlado substitui ciclos completos de têmpera/revenimento. - Processamento termomecânico controlado (TMCP): Rota comum para DH36 e EH36 para alcançar alta resistência e tenacidade em baixa temperatura sem excesso de teor de liga. O TMCP confere sequências de transformação favoráveis que produzem ferrita/bainita acicular e limitam a perlita grossa.
Resposta do EH36: - Para atender aos requisitos de temperatura de impacto mais baixos, o EH36 é frequentemente produzido com cronogramas de TMCP mais rigorosos, menor equivalente de carbono e limpeza mais rigorosa para evitar inclusões fragilizantes; placas mais grossas podem receber testes suplementares de tenacidade ou normalização em forno.
4. Propriedades Mecânicas
Faixas representativas de propriedades mecânicas (típicas; verificar por norma e espessura):
| Propriedade | Requisito típico / faixa |
|---|---|
| Resistência ao escoamento (mín) | ≈ 355 MPa (comumente especificado para a família AH/DH/EH36) |
| Resistência à tração | ≈ 490 – 620 MPa |
| Alongamento (A%) | ≥ 20% (depende da espessura e norma) |
| Impacto Charpy | Dependente da classe: DH36 testado a temperatura mais baixa que AH36; EH36 tem energia de impacto especificada a uma temperatura ainda mais baixa |
| Dureza | Tipicamente < 250 HB (varia com o processamento) |
Interpretação: - Resistência: DH36 e EH36 exibem resistência ao escoamento e à tração nominal comparáveis; as diferenças não estão primariamente na resistência estática, mas na tenacidade ao impacto em temperaturas especificadas. - Tenacidade & ductilidade: EH36 é especificado para manter maior tenacidade de entalhe em temperaturas mais baixas do que DH36. Alcançar isso geralmente requer controle de processo mais rigoroso e, às vezes, equivalente de carbono reduzido, portanto, potencialmente, compensações mecânicas ligeiramente diferentes. - Dureza: Ambos não são aços endurecidos; a dureza é moderada e controlada pela laminação e TMCP.
5. Soldabilidade
Considerações de soldabilidade dependem do teor de carbono, equivalente de carbono (CE) e presença de elementos de microligação que aumentam a temperabilidade.
Indicadores comuns de soldabilidade (úteis para avaliação qualitativa): - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm Internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ sugerem soldabilidade mais fácil com menos necessidade de pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda (PWHT). - DH36 e EH36 têm CE baixo a moderado devido ao carbono limitado e à liga controlada; portanto, geralmente são considerados soldáveis com procedimentos padrão para aços estruturais. - O EH36 pode exigir práticas de soldagem mais conservadoras para seções grossas ou temperaturas de serviço ambiente muito baixas, pois sua produção visa garantir melhor tenacidade em baixa temperatura; a microligação que refina o tamanho do grão pode aumentar a temperabilidade localmente, portanto, pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas são às vezes recomendados.
Orientações práticas de soldagem: - Use metais de adição apropriados que correspondam aos requisitos de resistência e tenacidade. - Para placas grossas ou serviço em frio, qualifique procedimentos e considere PWHT ou resfriamento controlado para evitar endurecimento da ZTA ou trincas por hidrogênio. - Testes não destrutivos e testes de amostras são prudentes ao substituir uma classe por outra em aplicações críticas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, DH36 ou EH36, é aço inoxidável; ambos são aços convencionais carbono/HSLA e requerem proteção de superfície para resistência à corrosão a longo prazo.
- Sistemas de proteção típicos: galvanização a quente (para alguns componentes), revestimentos de barreira (primer epóxi, vernizes de poliuretano), proteção catódica para estruturas offshore e reservas de corrosão sacrificiais no projeto.
- Taxas de perda de metal, frequência de manutenção e seleção de sistema de revestimento dependem do ambiente (splash marinho, atmosférico, água do mar imersa).
- A fórmula PREN (para avaliação inoxidável) não é aplicável a esses aços não inoxidáveis, mas para referência: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ O uso de PREN só é significativo ao avaliar ligas inoxidáveis.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Formação: Com resistência ao escoamento moderada e ductilidade decente, ambas as classes podem ser formadas a frio, dobradas e prensadas; os raios de dobra devem levar em conta a espessura e os requisitos de tenacidade em baixa temperatura do EH36.
- Maquinabilidade: Aços HSLA são menos usináveis do que aços carbono comuns devido à microligação e maior resistência. O desgaste das ferramentas é modestamente maior; parâmetros de usinagem normais e ferramentas de metal duro são típicos.
- Corte: O corte térmico (oxiacetileno, plasma) é comum para placas; minimize o tamanho da ZTA e realize jateamento/blast pós-corte para proteção contra corrosão.
- Acabamento: A moagem e a preparação da superfície seguem práticas padrão; o EH36 pode exigir atenção extra para evitar trabalho a frio localizado que poderia afetar a tenacidade em baixa temperatura.
8. Aplicações Típicas
| DH36 – Usos típicos | EH36 – Usos típicos |
|---|---|
| Revestimento do casco e placas de convés para embarcações operando em climas temperados a frios (serviço até cerca de −20°C) | Revestimento do casco e estrutural para embarcações ou unidades offshore destinadas ao serviço polar/subárctico (serviço até cerca de −40°C) |
| Superestruturas offshore e membros estruturais secundários onde a tenacidade moderada em baixa temperatura é adequada | Membros estruturais críticos, suportes e componentes sensíveis ao impacto em baixa temperatura em plataformas offshore árticas |
| Convés de carga, anteparas e placas estruturais gerais onde a eficiência de custo e a prática de soldagem padrão são priorizadas | Estruturas onde são exigidos testes de qualificação e tenacidade mais rigorosos; áreas com certificação de tenacidade de entalhe rigorosa |
Racional de seleção: - Escolha com base na temperatura de projeto, energia de impacto requerida nessa temperatura, espessura (placas grossas são mais desafiadoras de produzir com tenacidade uniforme em baixa temperatura) e planos de manutenção do ciclo de vida.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: O EH36 é tipicamente modestamente mais caro que o DH36 devido ao processamento mais rigoroso, controle químico mais apertado e testes adicionais para garantir a tenacidade em baixa temperatura.
- Disponibilidade: Ambas as classes estão amplamente disponíveis em grandes usinas na forma de placas; no entanto, placas EH36 muito grossas ou combinações específicas de espessura/largura podem ser menos comumente estocadas e sujeitas a prazos de entrega mais longos.
- Formas de produto: A placa é a forma dominante. A disponibilidade de seções cortadas sob medida, pré-fabricadas ou relatórios de teste de usina certificados deve ser confirmada na aquisição.
10. Resumo e Recomendação
Tabela de resumo (qualitativa):
| Característica | DH36 | EH36 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa (práticas padrão de HSLA) | Boa, mas pode exigir controle de soldagem mais rigoroso para seções grossas |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Alta resistência com boa tenacidade em temperaturas baixas moderadas | Resistência estática semelhante, tenacidade em baixa temperatura certificada mais alta |
| Custo | Mais baixo | Mais alto (devido ao processamento e testes) |
Recomendação: - Escolha DH36 se: a estrutura operar em ambientes temperados ou moderadamente frios (temperatura de serviço de projeto em torno de −20°C ou superior), se custo e práticas de fabricação padrão forem prioridade, e quando as espessuras envolvidas estiverem dentro de faixas que não desafiem os limites de tenacidade. - Escolha EH36 se: a estrutura for exposta a temperaturas muito baixas (serviço ártico ou subárctico), se requisitos regulatórios ou de classificação exigirem maior tenacidade de entalhe em temperaturas mais baixas, ou quando detalhes críticos soldados exigirem margens de tenacidade garantidas, apesar de seções mais grossas.
Nota final: DH36 e EH36 pertencem à mesma família de aços navais HSLA e são frequentemente intercambiáveis para muitos requisitos de resistência, mas a escolha é governada pela temperatura de impacto especificada, controles de processamento e demandas de inspeção. Para qualquer aplicação crítica, sempre revise a norma governante e os certificados de material da usina, e qualifique os procedimentos de soldagem e rotinas de exame de acordo com a especificação do projeto.