EH40 vs FH40 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

EH40 e FH40 são dois aços estruturais de alta resistência encontrados com mais frequência nas indústrias marítima, offshore e de chapas pesadas. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação comumente enfrentam um dilema de seleção entre os dois: qual grau fornece a tenacidade e soldabilidade necessárias para chapas muito grossas, e qual oferece o melhor equilíbrio entre resistência e custo para espessuras de chapa padrão e estruturas soldadas. Os contextos típicos de decisão incluem revestimentos de casco e convés para navios e plataformas offshore, fabricados pesados onde a tenacidade de parada de trincas é crítica, e grandes estruturas soldadas onde ciclos térmicos e propriedades pós-solda governam o desempenho.

A principal distinção prática entre os dois é sua otimização para espessura de chapa e desempenho através da espessura: um grau é tipicamente especificado para aplicações convencionais de chapa pesada onde o processamento termomecânico padrão produz a resistência e tenacidade necessárias, enquanto o outro é adaptado para espessuras extremas de chapa e propriedades melhoradas através da espessura usando diferentes estratégias de liga e processamento. É por isso que os projetistas comumente comparam EH40 e FH40 ao especificar chapas muito grossas ou ao exigir tenacidade excepcionalmente uniforme através da espessura da chapa.

1. Normas e Designações

Tanto EH40 quanto FH40 são melhor descritos como aços estruturais de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) usados na construção naval e na construção offshore. Eles não são métodos de teste internacionais únicos como um número ASTM, mas aparecem como famílias de graus adotadas ou referenciadas por sociedades de classificação e normas nacionais. Normas e classificações típicas a serem consideradas:

• Normas nacionais e regionais: GB (China), JIS (Japão), EN (Europa), ISO.
• Sociedades de classificação: ABS, DNV-GL, Lloyd’s Register — essas sociedades incluem designações de aço de casco e estrutural que se correlacionam com as famílias EH/FH.
• Normas de materiais genéricas: ASTM/ASME fornecem requisitos de propriedades mecânicas e procedimentos de teste que podem ser usados em conjunto com uma designação de classe.

Identificação do tipo de material: - EH40: aço estrutural HSLA (aço carbono de baixo teor de liga com microligação e controle termomecânico). - FH40: aço estrutural HSLA, tipicamente otimizado para aplicações de chapa muito grossa com tenacidade melhorada através da espessura e modificações específicas de liga/processamento.

Nota: Os requisitos químicos e mecânicos exatos variam entre normas e certificados de fábrica; sempre consulte a especificação do contrato ou a notação da sociedade de classificação para aquisição.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo mostra faixas de composição representativas tipicamente encontradas para aços HSLA dos estilos EH40 e FH40. Estas são faixas representativas usadas por fábricas e encontradas em documentos de classificação; a química certificada real deve ser retirada do certificado da fábrica para um lote fornecido.

Elemento	EH40 (faixa típica, % em peso)	FH40 (faixa típica, % em peso)
C	0.08 – 0.16	0.06 – 0.14
Mn	0.6 – 1.5	0.6 – 1.8
Si	0.02 – 0.50	0.02 – 0.50
P (máx)	≤ 0.03 – 0.04	≤ 0.03 – 0.04
S (máx)	≤ 0.010 – 0.025	≤ 0.010 – 0.025
Cr	traço – 0.4	traço – 0.6
Ni	traço – 0.6	traço – 0.8
Mo	traço – 0.05	traço – 0.08
V	0.00 – 0.08	0.00 – 0.10
Nb (Nb/Ta)	≤ 0.05	≤ 0.06
Ti	traço	traço
B	traço (ppm)	traço (ppm)
N	níveis de controle (ppm)	níveis de controle (ppm)

Notas explicativas: - Esses graus são aços HSLA onde a resistência vem de uma combinação de carbono, manganês e elementos de microligação (V, Nb, Ti) mais processamento (controle termomecânico). - A química do estilo FH40 pode mostrar carbono ligeiramente mais baixo e adições de microligação um pouco mais altas para promover a precipitação de carbonetos/nitratos finos e melhor tenacidade através da espessura em seções muito grossas. - A liga aumenta a temperabilidade e resistência (Mn, Cr, Mo), mas também eleva o risco de trincas a frio nas soldas; a microligação (Nb, V, Ti) permite alta resistência com menor carbono por meio do endurecimento por precipitação e refino de grão.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas para os graus EH40 e FH40 dependem fortemente do processamento:

• EH40 (chapas pesadas padrão, TMCP ou normalizado):
• Microestrutura típica: ferrita–pearlita de grão fino ou ferrita com bainita dispersa dependendo da taxa de resfriamento e da liga.
• Processamento controlado termomecanicamente (TMCP) produz uma matriz de ferrita refinada com quantidades controladas de bainita inferior ou perlita degenerada para aumentar a resistência ao escoamento e boa tenacidade.

• A normalização pode ser usada para homogeneizar a estrutura em chapas mais grossas; o resfriamento e revenimento não são típicos para chapas estruturais grandes devido à distorção e custo.

• FH40 (otimizado para chapas muito grossas):

• Ênfase nas propriedades através da espessura: controle mais rigoroso do resfriamento e precipitados de microligação, muitas vezes com menor carbono e mais microligação para manter a tenacidade através da linha central de chapas muito grossas.
• A microestrutura é projetada para reduzir a estratificação e promover ferrita acicular ou ferrita poligonal fina com carbonetos e nitratos distribuídos.
• Programas de laminação termomecânica, resfriamento acelerado e reaquecimento controlado são usados para alcançar um refino de grão uniforme através da espessura.

Resposta ao tratamento térmico: - A normalização melhora a uniformidade e tenacidade, mas pode ser impraticável para espessuras extremas. - A laminação controlada e o resfriamento acelerado são a rota industrial para obter a combinação necessária de resistência e ductilidade sem resfriamento e revenimento completos. - O FH40 pode exigir controle de processo mais rigoroso e testes não destrutivos adicionais para chapas muito grossas para garantir a tenacidade através da espessura.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo estão faixas representativas de propriedades mecânicas comumente especificadas para chapas HSLA dos estilos EH40 e FH40. Os valores variam com a espessura, processamento e limites de especificação — consulte os requisitos do contrato.

Propriedade	EH40 (típico)	FH40 (típico)
Resistência à tração (MPa)	490 – 650	480 – 640
Resistência ao escoamento (MPa)	355 – 485	320 – 460
Alongamento (% em 50 mm ou conforme especificado)	18 – 26	18 – 26
Impacto Charpy (J)	Especificado em baixas temperaturas; típico 27 J a −20 °C a −40 °C	Requisitos mais rigorosos através da espessura; 27 J em temperaturas mais baixas e/ou testes de maior espessura
Dureza (HB)	160 – 250	150 – 240

Interpretação: - EH40 e FH40 se sobrepõem em faixas de resistência nominal; EH40 é frequentemente especificado para alvos de escoamento ligeiramente mais altos em espessuras padrão. - FH40 é comumente configurado para enfatizar a tenacidade através da espessura em vez de uma resistência ao escoamento marginalmente mais alta — isso pode se traduzir em um escoamento nominal ligeiramente mais baixo, mas com superioridade na parada de trincas e tenacidade à fratura em chapas grossas. - A ductilidade (alongamento) é comparável quando cada grau é produzido de acordo com sua especificação; o desempenho em tenacidade, particularmente através da espessura e em baixa temperatura, é o diferenciador.

5. Soldabilidade

A soldabilidade desses aços HSLA é determinada pelo teor de carbono, equivalente de carbono e teor de microligação. Índices de soldabilidade comuns usados para avaliar qualitativamente a suscetibilidade a trincas a frio assistidas por hidrogênio incluem:

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

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

Interpretação qualitativa: - Menor teor de carbono e Mn controlado favorecem a soldabilidade; elementos de microligação (Nb, V, Ti) aumentam a temperabilidade, o que pode aumentar o risco de zonas duras na HAZ e trincas a frio se o hidrogênio e a restrição não forem controlados. - As químicas do estilo FH40 (com menor C e mais microligação) são frequentemente selecionadas para equilibrar temperabilidade e tenacidade; pré-aquecimento, temperatura de interpassagem controlada, procedimentos de baixo hidrogênio e considerações de tratamento térmico pós-solda devem ser abordados dependendo da espessura da chapa e da especificação. - Para chapas muito grossas, controlar a entrada de calor, pré-aquecimento e taxa de resfriamento da HAZ é crítico; a qualificação do procedimento de soldagem (WPS/PQR) e o controle de hidrogênio tornam-se mais exigentes.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto EH40 quanto FH40 são aços de baixo teor de liga não inoxidáveis e requerem proteção de superfície em ambientes corrosivos (água do mar, exposição atmosférica).
• Métodos de proteção comuns: galvanização a quente (quando aplicável), sistemas epóxi de múltiplas camadas, revestimentos de poliuretano, metalização (spray térmico) e ânodos sacrificiais para aplicações submersas.
• Índices de inoxidabilidade (por exemplo, PREN) não são aplicáveis a esses aços carbono/ligas: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Esta fórmula é significativa apenas para aços inoxidáveis com Cr, Mo e N significativos; para EH40/FH40, os níveis de Cr e Mo são muito baixos para classificação de corrosão baseada em PREN.
• A seleção de revestimentos e proteção catódica deve considerar a vida útil do projeto, acesso à manutenção e ambiente pretendido (zona de respingos, submerso, atmosférico).

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade: Ambos os graus são moderados em maquinabilidade; variantes de menor carbono (típicas do FH40) podem ser ligeiramente mais fáceis de usinar. Ferramentas de carboneto ou revestidas e alimentações/velocidades apropriadas são recomendadas para cortes de seções pesadas.
• Formabilidade/dobramento: EH40 com alvos de escoamento mais altos pode reduzir a deformação permitida em comparação com o FH40 de menor carbono. O dobramento a frio de chapas grossas é limitado e muitas vezes requer aquecimento ou dobramento a rolo; os limites de formação devem ser validados com testes de dobra conforme especificação.
• Corte e corte térmico: Corte a plasma e oxi-combustível são padrão para chapas grossas. O pré-aquecimento e a limpeza controlada pós-corte reduzem tensões residuais e microestruturas afetadas pelo calor.
• A preparação da superfície para soldagem e revestimentos deve ser cuidadosamente controlada em chapas muito grossas para evitar que laminações ou defeitos na linha central se tornem iniciadores de falhas.

8. Aplicações Típicas

EH40 (usos comuns)	FH40 (usos comuns)
Revestimento de casco e convés de navios onde maior resistência nominal é desejada para chapas pesadas padrão	Chapões de casco ou convés muito grossos onde a tenacidade através da espessura é crítica (por exemplo, seções de classe de gelo, grandes placas de base de plataformas offshore)
Membros estruturais (vigas, suportes) em fabricação pesada	Estruturas soldadas de seção profunda e chapas de transição grossas que requerem minimização da fragilização na linha central
Componentes não pressurizados que retêm pressão onde o equilíbrio entre resistência e custo é importante	Juntas soldadas críticas com grande espessura onde a parada de trincas e a tenacidade à fratura através da espessura devem ser garantidas

Racional de seleção: - EH40: escolhido por alta resistência em faixas de espessura de produção padrão onde o TMCP convencional fornece as propriedades necessárias. - FH40: escolhido quando a espessura da chapa excede a janela normal do TMCP ou quando existem demandas mais severas de tenacidade através da espessura; processamento e química otimizados para manter propriedades profundamente na chapa.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Geralmente, ambos os graus estão na faixa de preço HSLA; o FH40 pode ter um preço premium devido ao controle de processo mais rigoroso, testes mais exigentes e possíveis cronogramas de laminação especiais para chapas muito grossas.
• Disponibilidade: Chapas do estilo EH40 são comuns em muitas fábricas em faixas de espessura padrão. Chapas do estilo FH40 podem estar disponíveis, mas podem exigir pedidos especiais, prazos de entrega mais longos e certificação de testes através da espessura para seções muito grossas.
• Formas de produto: Chapa, cortada sob medida e montagens pré-fabricadas. Chapas FH40 muito grossas podem ser produzidas por menos fábricas e, portanto, prazos de entrega e quantidades mínimas de pedido devem ser discutidos cedo na aquisição.

10. Resumo e Recomendação

Atributo	EH40	FH40
Soldabilidade	Boa com controles padrão; atenção à temperabilidade da HAZ	Boa, mas requer WPS mais rigoroso para seções muito grossas
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Alta resistência nominal em espessura padrão	Tenacidade otimizada através da espessura em chapas muito grossas
Custo	Tipicamente mais baixo para produção padrão	Potencial premium para processamento e testes especiais

Recomendações: - Escolha EH40 se você precisar de chapa HSLA de alta resistência em espessuras de chapa pesada convencionais onde o TMCP padrão ou a normalização fornecem tenacidade adequada através da espessura, e você prioriza o equilíbrio entre resistência e custo para aplicações estruturais comuns. - Escolha FH40 se você estiver especificando chapas muito grossas (espessura extrema) ou se o projeto exigir tenacidade à fratura garantida através da espessura e mínima fragilização na linha central; a química e o processamento do estilo FH40 ajudam a manter propriedades uniformes através de grandes seções transversais, embora a um custo de aquisição e processamento provavelmente mais alto.

Nota final: Para qualquer aplicação crítica, especifique os critérios mecânicos e de tenacidade dependentes da espessura, qualificações de procedimento de soldagem e exame não destrutivo no contrato. Confirme os certificados da fábrica e realize testes independentes quando necessário para garantir que o grau selecionado atenda aos requisitos de desempenho através da espessura e soldagem específicos do projeto.