Grau A vs AH36 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Na construção naval e na fabricação de chapas pesadas, engenheiros e profissionais de compras frequentemente escolhem entre aços estruturais de baixa resistência e aços de casco de alta resistência. As compensações geralmente giram em torno do custo e da facilidade de fabricação (soldabilidade, conformabilidade) versus a necessidade de maior resistência ao escoamento/tensão e redução de peso. Os contextos típicos de decisão incluem chapas de casco e reforços, estruturas offshore, pontes e equipamentos pesados onde a resistência por peso e a tenacidade em baixas temperaturas são importantes.

A distinção técnica central entre os dois aços examinados aqui é que o Grau A representa uma chapa de navio estrutural convencional com resistência mínima especificada mais baixa, enquanto o AH36 é um aço de construção naval de alta tensão com propriedades mínimas de escoamento e tensão especificadas mais altas e ligações/micro-ligações controladas para alcançar um equilíbrio melhorado entre resistência e tenacidade. Como ambos são cobertos por especificações de construção naval semelhantes (por exemplo, ASTM A131 / sociedades de classificação equivalentes), eles são comumente comparados quando os projetistas avaliam resistência, soldabilidade e custo para componentes de casco e estruturais.

1. Normas e Designações

• Normas e classificações internacionais comuns que cobrem esses aços:
• ASTM/ASME: ASTM A131 (Aço, Estrutural, para Navios) — inclui Grau A, B, D, E, AH36, DH36, EH36.
• Sociedades de classificação: ABS, DNV, LR, NK, etc., usam nomes de grau equivalentes (A, AH36, etc.) em suas regras.
• EN / JIS / GB: Normas europeias e nacionais usam nomes de grau diferentes (por exemplo, série EN S235, S355) mas os aços de grau de construção naval têm equivalentes; a referência cruzada direta deve ser confirmada.
• Classificação do tipo de material:
• Grau A (ASTM A131 Grau A): aço estrutural de carbono simples/baixo liga (chapas de navio convencionais)
• AH36 (ASTM A131 AH36): aço de construção naval de alta resistência; essencialmente uma chapa de alta resistência e baixa liga (HSLA) com micro-ligação controlada em muitos processos térmicos

2. Composição Química e Estratégia de Ligações

Faixas de composição representativas (wt%). Os limites permissíveis reais dependem da especificação, prática da usina e espessura da chapa — consulte a especificação de compra ou certificado da usina para valores exatos.

Elemento	Grau A (faixa representativa, wt%)	AH36 (faixa representativa, wt%)
C	≤ 0.18	≤ 0.18–0.20
Mn	0.6–1.35	1.0–1.7
Si	≤ 0.35 (geralmente baixo)	≤ 0.35–0.50
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	traço (não especificado)	traço–pequeno (às vezes presente)
Ni	traço	traço
Mo	traço	traço/pequeno (ocasionalmente)
V	geralmente ≤0.02	pode conter micro-ligação V (0.01–0.10)
Nb (Cb)	tipicamente nenhum ou traço	pode conter Nb (micro-ligação)
Ti	traço (se houver)	pode estar presente para controle de inclusões
B	traço	traço
N	baixo residual	baixo residual

Notas: - O Grau A é tipicamente formulado como uma chapa de navio de carbono básico/baixo liga com micro-ligação mínima. O AH36 é projetado para maior resistência; as usinas frequentemente usam níveis ligeiramente mais altos de Mn e baixos níveis de elementos de micro-ligação (Nb, V, Ti) e processamento controlado (laminação termo-mecânica) em vez de alto teor de carbono, para aumentar a resistência enquanto retêm a tenacidade e soldabilidade. - A ligações aumentam a resistência ao escoamento/tensão (Mn, micro-ligação) e a endurecibilidade; a micro-ligação também refina o tamanho do grão e contribui para a resistência por meio do endurecimento por precipitação e laminação controlada.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas:
• Grau A: produzido por laminação controlada ou laminação a quente simples; a microestrutura é geralmente ferrita–pearlita ou ferrita poligonal com perlita dispersa. O tamanho do grão é adequado para tenacidade geral, mas não otimizado para alta resistência.
• AH36: produzido por laminação controlada e potencialmente resfriamento acelerado/processamento termo-mecânico para produzir uma microestrutura semelhante a ferrita/bainita mais fina com precipitados de micro-ligação dispersos; a microestrutura visa uma combinação favorável de resistência e tenacidade em baixas temperaturas.
• Resposta ao tratamento térmico:
• Ambos os graus são fornecidos na condição de laminado a quente. Esses aços não são tipicamente normalizados ou temperados como prática padrão para chapas de navio; em vez disso, as propriedades mecânicas são alcançadas pela composição e prática de laminação.
• A normalização pode refinar o tamanho do grão e pode aumentar a tenacidade para ambos, mas não é comumente usada para grandes chapas de navio devido ao custo e risco de distorção.
• O resfriamento e o temperamento não são uma rota padrão para essas formas de produto e mudariam a classificação; para alta resistência com seções mais grossas, o processamento controlado termo-mecânico (TMCP) é a rota industrial preferida para alcançar as propriedades do AH36.
• sensibilidade térmica:
• A maior endurecibilidade do AH36 (devido à ligações e micro-ligações mais processamento) significa que é mais sensível a mudanças microestruturais na zona afetada pelo calor (HAZ) durante a soldagem, que deve ser gerenciada com pré-aquecimento/post-aquecimento apropriados e qualificação do procedimento de soldagem.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas especificadas típicas são dependentes da espessura e variam por norma e fabricante. A tabela a seguir fornece mínimos representativos/faixas típicas comumente citadas para ASTM A131 Grau A e AH36; sempre confirme contra a especificação aplicável e o certificado de teste da usina.

Propriedade	Grau A (representativo)	AH36 (representativo)
Resistência Mínima ao Escoamento (MPa)	≈ 235 MPa (aprox.)	≈ 355 MPa (aprox.)
Resistência à Tensão (MPa)	≈ 400–510 MPa (faixa típica)	≈ 490–620 MPa (faixa típica)
Alongamento (% na medida especificada)	Maior ductilidade — por exemplo, ≥20–25% (depende da espessura)	Menor ductilidade em comparação ao Grau A — por exemplo, ≥17–22% (depende da espessura)
Tenacidade ao Impacto (Charpy V‑notch)	Especificado para serviço; geralmente bom em temperaturas moderadas	Especificado para desempenho em baixa temperatura; o AH36 geralmente tem requisitos de impacto mais rigorosos para a espessura dada
Dureza	Relativamente mais baixa (maior facilidade de usinagem/conformação)	Maior dureza consistente com maior resistência

Interpretação: - O AH36 é o material mais forte: as resistências mínimas especificadas ao escoamento e à tensão são substancialmente mais altas do que as do Grau A. - O Grau A geralmente oferece maior ductilidade e conformação marginalmente mais fácil; o AH36 sacrifica alguma ductilidade por resistência, mas os produtos modernos AH36 TMCP mantêm boa tenacidade. - A tenacidade ao impacto e o alongamento dependem fortemente da espessura e da temperatura de qualificação; ambos os graus podem ser produzidos para atender a requisitos de impacto específicos.

5. Soldabilidade

A discussão sobre soldabilidade deve considerar medidas de equivalente de carbono e efeitos de micro-ligação.

• O teor de carbono em ambos os graus é geralmente baixo; no entanto, a maior ligações e micro-ligações do AH36, além da maior endurecibilidade, exigem controles de soldagem mais cautelosos para seções mais grossas.
• Fórmulas comuns de equivalente de carbono usadas para avaliar necessidades de pré-aquecimento/post-aquecimento:

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

e

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

• Interpretação (qualitativa):
• Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam menos preocupações sobre trincas a frio e endurecimento da HAZ. O Grau A geralmente apresenta menor risco de endurecibilidade do que o AH36.
• O AH36, devido ao maior Mn e possível micro-ligação, frequentemente resulta em estimativas mais altas de equivalente de carbono, o que significa que a qualificação do procedimento de soldagem deve considerar pré-aquecimento, temperatura entre passes e controle de calor aplicado, particularmente para chapas mais grossas e temperaturas de serviço ambiente baixas.
• Ambos os graus são rotineiramente soldados na construção naval; o AH36 geralmente requer controle de procedimento mais rigoroso para seções grossas e quando a tenacidade ao impacto em baixa temperatura é necessária.
• Orientação prática:
• Use eletrodos de baixo hidrogênio ou metais de adição adequados correspondentes aos requisitos do metal base; siga as especificações do procedimento para pré-aquecimento e temperatura entre passes; realize PWHT apenas quando exigido pelo contrato/especificação.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto o Grau A quanto o AH36 são aços de carbono/HSLA não inoxidáveis, portanto, são suscetíveis à corrosão geral e localizada em ambientes marinhos.
• Estratégias comuns de proteção:
• Revestimentos de superfície: sistemas de tinta marinha, epóxis, polissiloxanos.
• Revestimentos metalúrgicos: galvanização a quente é possível para alguns elementos estruturais, mas não é típica para grandes chapas de casco devido a considerações de tamanho e desempenho.
• Proteção catódica: ânodos sacrificiais ou sistemas de corrente impressa para estruturas submersas.
• A fórmula PREN (para materiais inoxidáveis) não é aplicável a esses aços de navio de carbono/HSLA. Para referência, a resistência à corrosão inoxidável é frequentemente avaliada com:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Esclarecimento: PREN é significativo apenas para seleção de ligas inoxidáveis; para Grau A/AH36, o desempenho contra corrosão é gerenciado por revestimentos e proteção catódica, em vez de resistência à corrosão intrínseca da liga.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Corte: ambos os graus são facilmente cortados a oxicombustível ou plasma; o AH36 pode exigir configurações de tocha ligeiramente diferentes devido à maior resistência e dureza.
• Conformação e dobra:
• O Grau A geralmente se conforma mais facilmente com menor retorno elástico e risco reduzido de trincas.
• O AH36, como aço de maior resistência, requer raios de dobra maiores e, para seções grossas, pode precisar de pré-aquecimento ou ferramentas diferentes para evitar trincas.
• Usinabilidade:
• A maior resistência e dureza do AH36 podem reduzir a vida útil da ferramenta e exigir parâmetros de usinagem mais robustos do que o Grau A.
• Acabamento de superfície e operações secundárias:
• Ambos respondem de maneira semelhante ao desbaste, jateamento e pintura; o AH36 pode exigir um pré-tratamento ligeiramente mais agressivo para adesão do revestimento se a dureza for maior.

8. Aplicações Típicas

Categoria de Aplicação	Grau A (usos típicos)	AH36 (usos típicos)
Chapas de casco (geral)	Chapas de casco de carga leve a moderada, estruturas internas	Chapas de casco primárias onde maior resistência por peso e redução da espessura da chapa são desejadas
Membros estruturais (vigas/reforços)	Reforços secundários, estrutura geral	Reforços de alta carga, estrutura primária, suportes onde a economia de peso é crítica
Plataformas offshore	Estruturas utilitárias, membros não críticos	Membros críticos de suporte de carga, componentes da zona de respingo onde a tenacidade é necessária
Pontes & civil	Chapinhas e componentes não críticos	Componentes de alta carga onde maior resistência ao escoamento é necessária
Fabricação geral	Tanques, pequenas fabricações onde menor custo/maior conformabilidade é priorizado	Fabricações que necessitam de maior resistência e tenacidade melhorada em espessura reduzida

Racional de seleção: - Escolha variantes do Grau A para menor custo, conformação e soldagem mais fáceis, e onde chapas mais grossas podem ser usadas sem penalidade de peso. - Escolha AH36 quando economias de peso estrutural, tensões permitidas mais altas ou tenacidade melhorada em baixa temperatura forem necessárias e quando controles de fabricação/soldagem puderem ser aplicados.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo:
• O Grau A é geralmente menos caro por tonelada do que o AH36 devido à química e processamento mais simples.
• O AH36 tem um custo adicional devido à laminação controlada/TMCP, micro-ligação e desempenho superior.
• Disponibilidade:
• Ambos os graus estão amplamente disponíveis em grandes usinas de chapas; o AH36 em certas espessuras e tamanhos de chapa pode ser mais comum em regiões com indústrias de construção naval/offshore fortes.
• Longos prazos de entrega podem ocorrer para grandes dimensões ou quando qualificações especiais de temperatura de impacto são necessárias.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Critério	Grau A	AH36
Soldabilidade	Boa (mais fácil, menores necessidades de pré-aquecimento)	Boa com controles (maior CE, pode precisar de controle de pré-aquecimento/entre passes)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Resistência moderada, boa ductilidade	Alta resistência com boa tenacidade quando controlado por TMCP
Custo	Mais baixo	Mais alto (prêmio por processamento de alta resistência)

Recomendações: - Escolha o Grau A se: - Seu projeto tolera espessuras de chapa convencionais e você prioriza menor custo de material, conformação mais fácil e procedimentos de soldagem mais simples. - A estrutura não é criticamente sensível à carga e não requer desempenho máximo de resistência por peso ou impacto em temperaturas muito baixas. - Escolha o AH36 se: - Você precisa de maior resistência especificada ao escoamento e à tensão para reduzir a espessura e o peso da chapa, ou requer tenacidade melhorada em baixas temperaturas. - Você pode aplicar procedimentos de soldagem apropriados, controles de fabricação e inspeção para gerenciar as propriedades da HAZ e garantir a integridade em serviço.

Nota de fechamento: Limites químicos exatos, mínimos mecânicos e temperaturas de teste de impacto são dependentes de especificação e espessura. Para compras e design, cite a norma aplicável (por exemplo, grau ASTM A131 e condições de espessura/impacto), solicite certificados de teste da usina e qualifique procedimentos de soldagem para o grau e espessura da chapa escolhidos.