L245 vs L290 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
L245 e L290 são duas classificações de aço estrutural de baixo liga comumente referenciadas, utilizadas em construção, obras de pontes, construção naval, fabricação pesada e aplicações estruturais gerais. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura que avaliam essas duas classificações geralmente equilibram prioridades concorrentes, como requisito mínimo de resistência ao escoamento versus soldabilidade, tenacidade em baixa temperatura versus custo do material, e a necessidade de maior endurecibilidade versus facilidade de fabricação.
A principal distinção prática entre as duas é a resistência mínima ao escoamento especificada: L290 requer um nível de escoamento garantido mais alto do que L245. Essa diferença é geralmente alcançada por meio de estratégias de liga e escolhas de processamento (microligação, controle de carbono e manganês, e processamento termo-mecânico), que por sua vez influenciam a endurecibilidade, tenacidade e comportamento de fabricação. Como ambas as classificações são usadas para papéis estruturais semelhantes, os projetistas comumente as comparam ao especificar chapas, seções laminadas e componentes soldados onde a troca entre resistência e facilidade de fabricação é importante.
1. Normas e Designações
- Normas típicas onde as designações do tipo L aparecem: normas nacionais e regionais para aços estruturais e equipamentos de pressão. A designação exata e os requisitos químicos/mecânicos devem ser verificados em relação à norma aplicável ou certificado de fábrica para a região de fornecimento.
- Classificação: Tanto L245 quanto L290 são aços estruturais de baixo liga ou carbono (não inoxidáveis, não aços para ferramentas). Eles são frequentemente agrupados com aços estruturais laminados a quente destinados à construção soldada e rebitada geral.
- Normas e documentos comumente relevantes a serem consultados para requisitos específicos:
- Normas EN/europeias para aços estruturais (verifique a designação normativa local)
- Normas nacionais (por exemplo, GB, JIS, ASTM/ASME podem fornecer equivalentes funcionais, mas com nomes diferentes)
- Folhas de fábrica do fornecedor e especificações do comprador (PSL, API, etc.)
2. Composição Química e Estratégia de Liga
As classificações L245 e L290 não são definidas por uma única química única, mas por uma janela de química permitida e metas de propriedades mecânicas. A tabela a seguir fornece intervalos de composição indicativos e representativos e o papel típico de cada elemento. Esses números são de nível orientativo; consulte a especificação governante e o certificado de fábrica para a composição exata.
| Elemento | Conteúdo típico (wt%) — indicativo | Propósito / efeito |
|---|---|---|
| C | 0.05 – 0.20 | Aumenta a resistência e a endurecibilidade; C mais alto reduz a soldabilidade e a ductilidade se não controlado |
| Mn | 0.4 – 1.6 | Fortalecimento via solução sólida, melhora a endurecibilidade; Mn excessivo aumenta CE e a endurecibilidade da ZTA |
| Si | 0.02 – 0.6 | Desoxidante e contribuinte para resistência; Si alto pode afetar a soldabilidade |
| P | ≤ 0.025 (tipicamente baixo) | Impureza; mantido baixo para preservar a tenacidade |
| S | ≤ 0.010 (tipicamente baixo) | Impureza; mantido baixo para ductilidade e soldabilidade |
| Cr | 0 – 0.5 (frequentemente baixo ou ausente) | Melhora a endurecibilidade e a resistência a altas temperaturas |
| Ni | 0 – 0.5 | Melhora a tenacidade em baixa temperatura se presente |
| Mo | 0 – 0.2 | Adiciona endurecibilidade e resistência ao fluência, frequentemente limitado devido a preocupações com soldabilidade |
| V, Nb, Ti | Dezenas a centenas de ppm (microligação) | Refino de grão, fortalecimento por precipitação, controle da transformação da austenita |
| B | ~níveis de ppm se usado | Agente de endurecibilidade potente em concentrações muito baixas |
| N | Traço | Usado com Ti para controlar nitretos; afeta a precipitação |
Como a liga afeta as propriedades: - Aumentar o teor de carbono e manganês aumenta as resistências ao escoamento e à tração e a endurecibilidade, mas pode reduzir a soldabilidade e a tenacidade, a menos que compensado por microligação ou processamento controlado. - A microligação (Nb, V, Ti) permite maior resistência a um menor teor de carbono por meio do fortalecimento por precipitação e refino de grão — benéfico para manter a soldabilidade e a tenacidade melhor do que aços C–Mn equivalentes fortalecidos apenas por carbono. - L290 é geralmente alcançado por uma rota de liga e/ou processamento termo-mecânico ligeiramente mais forte em comparação com L245, produzindo uma resistência mínima ao escoamento mais alta sem aumentar excessivamente o carbono.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas e respostas de processamento para ambas as classificações: - Como-laminado/normatizado: ferrita–pearlita com possíveis frações bainíticas dependendo do resfriamento e da liga. A normalização refina o tamanho do grão de ferrita, melhorando a tenacidade. - Processamento termo-mecanicamente controlado (TMCP): produz ferrita de grão fino e bolsões de bainita/martensita temperada transformados localmente que aumentam simultaneamente a resistência ao escoamento e a tenacidade — essa rota é comumente usada para atender a graus de escoamento mais altos, como L290, sem alto teor de carbono. - Resfriamento e tempera (Q&T): não é típico para aços estruturais da série L padrão, a menos que propriedades mecânicas especiais sejam necessárias; Q&T aumentará a resistência, mas ao custo de maior complexidade de processamento e potencial redução na ductilidade se temperado em excesso ou se o carbono for alto. - Zona afetada pelo calor (HAZ): em estruturas soldadas, as propriedades da HAZ são sensíveis ao equivalente de carbono e ao conteúdo de microligação; aços TMCP microligados tendem a ter um comportamento de HAZ mais benigno do que aços de alto carbono de resistência nominal equivalente.
Notas comparativas: - L245, com seu alvo de resistência mais baixo, é frequentemente alcançável por laminação convencional ou leve TMCP, resultando predominantemente em ferrita–pearlita com boa ductilidade. - L290 depende mais frequentemente de TMCP e microligação para alcançar maior escoamento enquanto mantém a tenacidade; a microestrutura terá grãos mais finos e uma fração maior de constituintes de fortalecimento.
4. Propriedades Mecânicas
Os requisitos mecânicos definitivos devem ser lidos da norma aplicável ou do certificado de fábrica. O único diferenciador confiável na designação é a resistência mínima ao escoamento.
| Propriedade | L245 (típico/basado na especificação) | L290 (típico/basado na especificação) |
|---|---|---|
| Resistência Mínima ao Escoamento (MPa) | 245 MPa (mínimo especificado) | 290 MPa (mínimo especificado) |
| Resistência à Tração | Dependente do processo; geralmente se sobrepõe aos intervalos de L290 quando ambos são normalizados/TMCP (consulte a especificação) | Dependente do processo; resistência mínima mais alta implica requisitos de tração semelhantes ou ligeiramente superiores |
| Alongamento (A%) | Tipicamente suficiente para aços estruturais; depende da espessura e do processamento | Comparável, mas pode ser ligeiramente reduzido em níveis de escoamento mais altos se alcançado por mecanismos de fortalecimento que reduzem o alongamento uniforme |
| Tenacidade ao Impacto Charpy | Especificado pelo comprador (temperatura e energia); carbono mais baixo + TMCP visando preservar boa tenacidade | TMCP e microligação visam a retenção de boa tenacidade mesmo em escoamentos mais altos, mas os valores reais dependem da espessura e da química |
| Dureza | Varia amplamente; geralmente moderada para aços estruturais | Pode ser modestamente mais alta se os mecanismos de fortalecimento forem mais fortes |
Interpretação: - L290 oferece uma resistência ao escoamento garantida mais alta; essa é a base para seleção quando o projeto requer maior tensão permitida ou seções mais finas para a mesma carga. - Tenacidade e ductilidade podem ser comparáveis se L290 for produzido por meio de TMCP moderno e microligação; se a resistência mais alta for alcançada aumentando o carbono, a tenacidade e a soldabilidade sofrerão.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende principalmente do equivalente de carbono (CE) e da presença de elementos de liga que promovem a endurecibilidade.
Índices empíricos comuns: - 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: - Menor $CE_{IIW}$ e menor $P_{cm}$ melhoram a flexibilidade de seleção de pré-aquecimento/consumíveis e reduzem o risco de trincas na HAZ. - L245, com seu alvo de escoamento mais baixo, frequentemente tem um equivalente de carbono mais baixo e, portanto, tende a ser mais fácil de soldar com menos pré-aquecimento do que L290 quando este último alcança maior resistência por meio de maior conteúdo de liga. - Se L290 for produzido por microligação e TMCP em vez de maior carbono, a soldabilidade pode permanecer aceitável; no entanto, um pré-aquecimento ligeiramente mais alto ou um procedimento de soldagem controlado ainda pode ser recomendado dependendo da espessura. - Sempre consulte especificações de procedimentos de soldagem qualificados (WPS) e realize avaliações de HAZ e PWHT para fabricações críticas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Essas duas classificações são aços de carbono/baixo liga não inoxidáveis. Eles não fornecem resistência à corrosão intrínseca além da dos aços estruturais de carbono comuns.
- Estratégias de proteção padrão: revestimentos (epóxi, poliuretano), galvanização a quente, metalização ou revestimentos sacrificial dependendo do ambiente e da vida útil.
- Índices inoxidáveis como PREN não são aplicáveis aos aços estruturais de carbono da série L: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ O uso de PREN é relevante apenas ao avaliar ligas inoxidáveis; para L245/L290, a resistência à corrosão é uma função da proteção externa e do controle ambiental.
- Ao especificar para ambientes agressivos (splash marinho, químico), considere as tolerâncias de corrosão, revestimentos protetores ou a seleção de ligas inoxidáveis ou resistentes à corrosão.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Maquinabilidade: Geralmente comparável a outros aços de baixo liga. Graus de escoamento mais altos podem ser ligeiramente mais difíceis de usinar devido ao aumento da resistência e potencial para endurecimento por trabalho; ferramentas e alimentações devem ser ajustadas.
- Formabilidade e dobra: L245 geralmente permitirá uma formação a frio ligeiramente mais fácil e raios de dobra mais apertados para a mesma espessura em comparação com L290. Para L290, limite as tensões de dobra de acordo com a orientação do fornecedor e use mandris/recocção adequados, se necessário.
- Corte e processamento térmico: Corte a oxicombustível, plasma e laser são comuns; maior conteúdo de liga ou seções mais grossas podem afetar as configurações de corte e a escória.
- Preparação de superfície e consumíveis de soldagem: Para ambas as classificações, siga as recomendações do fornecedor para pré-aquecimento, temperatura entre passes e seleção de metal de adição para manter a tenacidade e evitar problemas na HAZ.
8. Aplicações Típicas
| L245 — Usos Típicos | L290 — Usos Típicos |
|---|---|
| Componentes estruturais gerais em edifícios e estruturas onde resistência moderada é suficiente e a velocidade/custo de fabricação são prioridades | Membros estruturais em pontes, estruturas offshore e equipamentos pesados onde tensões permitidas mais altas possibilitam seções mais leves |
| Fabricações soldadas de leve a médio porte, chapas e vigas | Estruturas de casco suportantes de carga, braços de guindaste e estruturas soldadas mais pesadas que requerem maior escoamento |
| Estruturas de máquinas gerais, suportes e estruturas secundárias | Aplicações onde a redução de peso por meio de material de maior resistência é necessária, sujeita ao controle de soldabilidade |
Racional de seleção: - Escolha L245 para menor custo, facilidade de fabricação e onde as cargas de projeto são atendidas com menor escoamento. - Escolha L290 quando os requisitos de projeto necessitam de maior escoamento para reduzir o tamanho ou peso da seção, ou quando uma margem de segurança maior é necessária — desde que os procedimentos de soldagem e as metas de tenacidade possam ser atendidos.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: L290 é geralmente mais caro do que L245 por unidade de massa devido a controles de processamento mais rigorosos, microligação ou tratamentos térmicos adicionais necessários para garantir níveis de escoamento mais altos. No entanto, o custo por desempenho funcional (por exemplo, custo por capacidade de carga unitária) pode ser favorável para L290 se a redução da seção compensar o custo do material.
- Disponibilidade: Ambas as classificações estão disponíveis comercialmente em grandes usinas de aço e centros de serviços, especialmente em forma de chapas e laminados. Os prazos de entrega e as formas oferecidas (chapas, bobinas, formas estruturais) dependem da produção e demanda da usina regional; L245 é geralmente mais comum nas cadeias de suprimento estrutural geral.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | L245 | L290 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Geralmente mais fácil (tendência CE mais baixa) | Ligeiramente mais exigente; aceitável se TMCP/microligado e WPS adequado usado |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Bom para estruturas de carga moderada | Maior escoamento mínimo; pode reter tenacidade com TMCP/microligação |
| Custo | Custo de material mais baixo; processamento mais fácil | Custo de material mais alto, mas potencial de economia de peso no projeto |
Recomendação: - Escolha L245 se você prioriza a facilidade de fabricação, menor custo de material e seu projeto estrutural pode atender aos requisitos de carga com um limite de escoamento de 245 MPa. L245 é uma escolha sólida para construção geral e para componentes onde extensas soldagens e formações são necessárias sem necessidades de resistência agressivas. - Escolha L290 se você precisar de um escoamento garantido mais alto para reduzir o tamanho ou peso da seção, ou para aumentar as tensões permitidas em cálculos estruturais. L290 é apropriado onde maior resistência é necessária, mantendo boa tenacidade por meio de processamento moderno (TMCP e microligação). Certifique-se de que procedimentos de soldagem, pré-aquecimento e testes adequados sejam especificados para seções grossas ou aplicações críticas.
Nota final: Sempre especifique a norma governante, as temperaturas de teste de impacto requeridas, os limites de espessura do material e as qualificações do procedimento de soldagem nos documentos de aquisição. Verifique a química e as propriedades mecânicas em relação ao certificado de fábrica e aos requisitos específicos do pedido antes da produção ou aceitação do projeto crítico.