L290 vs L360 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação enfrentam comumente a escolha entre L290 e L360 ao especificar aço estrutural para estruturas, pontes, estruturas offshore e fabricação pesada. A decisão geralmente equilibra maior resistência versus conformabilidade e soldabilidade: ligas de maior resistência podem reduzir o tamanho e o peso da seção, mas podem impor controles de fabricação mais rigorosos e custos mais altos.
A distinção fundamental entre L290 e L360 é um aumento na resistência mínima garantida: L360 fornece uma classe de resistência ao escoamento mais alta do que L290. Como esse aumento de resistência é geralmente alcançado por meio do design de ligas e processamento termomecânico, as duas classes são comparadas rotineiramente para compensações em tenacidade, soldabilidade, fabricação e custo.
1. Normas e Designações
- Normas e sistemas comuns referenciados por engenheiros:
- EN / ISO (normas europeias / internacionais de aço estrutural)
- ASTM / ASME (especificações de materiais dos EUA; nomenclatura diferente)
- JIS (normas industriais japonesas)
- GB (normas nacionais chinesas)
-
Especificações nacionais de construção naval ou de tubulações que usam prefixos "L" para classes de escoamento linear
-
Classificação:
- L290 e L360 são aços estruturais de baixo teor de liga / alta resistência de baixo teor de liga (HSLA) em vez de aços inoxidáveis, de ferramenta ou de alta liga.
- Normalmente, são especificados pela resistência mínima ao escoamento (MPa) e pela forma do produto (placa, chapa, seção ou seção oca).
- Nota: os rótulos "L" denotam níveis mínimos de escoamento em alguns sistemas nacionais/especificações, em vez de uma única especificação química unificada; os limites exatos de composição podem variar de acordo com o fornecedor e a norma.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Abaixo está uma tabela de composição representativa para aços na classe de resistência ao escoamento de 290–360 MPa. Estes são intervalos típicos para aços HSLA/estruturais modernos; os limites exatos são encontrados em normas específicas ou certificados de fábrica.
| Elemento | Intervalo típico (wt.%, representativo para aços HSLA L290–L360) |
|---|---|
| C (Carbono) | 0,06 – 0,18 |
| Mn (Manganês) | 0,3 – 1,5 |
| Si (Silício) | 0,02 – 0,6 |
| P (Fósforo) | ≤ 0,035 (controlado para baixos ppm) |
| S (Enxofre) | ≤ 0,035 (geralmente ≤ 0,010 em graus de baixo enxofre) |
| Cr (Cromo) | 0 – 0,5 |
| Ni (Níquel) | 0 – 0,5 |
| Mo (Molibdênio) | 0 – 0,5 |
| V (Vanádio) | 0 – 0,12 |
| Nb (Nióbio) | 0 – 0,08 |
| Ti (Titânio) | 0 – 0,02 |
| B (Boro) | 0 – 0,003 |
| N (Nitrogênio) | 0,005 – 0,020 |
Como a liga afeta as propriedades - O carbono e o manganês controlam principalmente a resistência e a temperabilidade; um maior teor de C aumenta a resistência, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade. - Elementos de microliga (V, Nb, Ti) produzem endurecimento por precipitação e refinam o tamanho do grão, permitindo maior escoamento em baixos níveis de carbono e melhorando a tenacidade. - Pequenas adições de Cr, Ni e Mo podem aumentar a temperabilidade e a resistência sem grandes aumentos de carbono; eles também afetam o comportamento de têmpera. - O boro em ppm muito baixos melhora a temperabilidade ao se segregar nas fronteiras de grão de austenita quando controlado com cuidado. - O controle de P, S e N é crucial para a tenacidade e soldabilidade.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas - L290: produzido para alcançar um equilíbrio entre ductilidade e resistência. A microestrutura típica como-laminada/normatizada é uma ferrita–pearlita ou ferrita fina com bainita dispersa, dependendo da taxa de resfriamento e do teor de liga. - L360: para alcançar a resistência mínima mais alta, microligação (Nb, V) e laminação controlada ou tratamento termomecânico são comumente usados para produzir ferrita mais fina, bainita ou uma microestrutura mista de ferrita–bainita. Aumentada temperabilidade pode levar a uma maior proporção de microconstituintes bainíticos.
Resposta a rotas de processamento - Normalização: aumenta a tenacidade ao produzir uma estrutura de grão fina e uniforme; ambas as classes se beneficiam, mas L360 geralmente requer controle mais rigoroso das taxas de resfriamento para evitar dureza excessiva. - Resfriamento e têmpera (Q&T): não é típico para formas de produtos estruturais básicos, mas possível se combinações de maior resistência e tenacidade forem necessárias—Q&T produz estruturas temperadas martensíticas e maior resistência ao custo de mais processamento. - Processamento de controle termomecânico (TMCP): amplamente utilizado para L360 para obter maior resistência ao escoamento por meio do refino de grão e endurecimento por precipitação sem grandes aumentos de carbono — melhora a tenacidade e soldabilidade em relação a aços reforçados por carbono.
4. Propriedades Mecânicas
A diferença mecânica essencial e garantida é a resistência mínima ao escoamento. Números absolutos dependem da norma específica, espessura do produto e tratamento térmico.
| Propriedade | L290 (típico/nominal) | L360 (típico/nominal) |
|---|---|---|
| Resistência mínima ao escoamento (MPa) | ~290 MPa (classe de projeto) | ~360 MPa (classe de projeto) |
| Resistência à tração (MPa) | Varia com a espessura/processo; intervalo típico de baixo a médio para aços estruturais | Intervalo de tração típico mais alto do que L290 para a mesma forma de produto |
| Alongamento (%) | Geralmente maior que L360 na mesma espessura | Tipicamente menor que L290 devido à maior resistência |
| Tenacidade ao impacto Charpy | Boa em temperaturas ambiente e subzero quando especificado/controlado | Pode igualar L290 se especificado; requer química e processamento controlados |
| Dureza (HB) | Menor em média | Maior em média |
Interpretação - L360 é mais forte por design; esse aumento de resistência é frequentemente alcançado com microligação e processamento termomecânico em vez de grandes aumentos de carbono. Portanto, L360 pode fornecer maior resistência com tenacidade razoável, mas a ductilidade e a conformabilidade são geralmente reduzidas em comparação com L290. - Para aplicações onde a capacidade de deformação e a conformação são preocupações primárias, L290 é frequentemente preferido. Para projetos sensíveis ao peso ou maior capacidade de carga, L360 permite seções mais finas ou redução no uso de material.
5. Soldabilidade
Fatores-chave: teor de carbono, equivalente de carbono e microligação.
Fórmula comum de equivalente de carbono (útil para avaliação qualitativa de soldabilidade): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
Um parâmetro mais abrangente: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa - Como os fabricantes geralmente mantêm o carbono baixo em ambas as classes e usam microligação para aumentar a resistência ao escoamento, ambas as classes são geralmente soldáveis com o pré-aquecimento, interpassagem e seleção de material de enchimento adequados. - L360, tendo maior temperabilidade (de Mn, microligação ou pequenas adições de liga), é mais sensível a trincas a frio assistidas por hidrogênio e pode exigir maior pré-aquecimento ou resfriamento controlado para evitar a formação de martensita na zona afetada pelo calor (HAZ). - O uso de consumíveis de baixo hidrogênio, temperaturas de pré-aquecimento/interpassagem apropriadas e tratamento térmico pós-solda (conforme exigido pelo contrato/especificação) aborda o risco de trincas. - Sempre calcule ou estime $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ para a composição específica do certificado da fábrica para determinar os procedimentos de soldagem permitidos.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Essas classes não são aços inoxidáveis; o desempenho contra corrosão depende do ambiente e da proteção da superfície.
- Estratégias de proteção típicas:
- Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica.
- Sistemas de pintura (primers de zinco, epóxis, poliuretanos) para proteção a longo prazo.
- Revestimentos metalúrgicos (spray térmico) para abrasão e corrosão.
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a aços carbono/HSLA, pois é usado para ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Para L290 e L360, a margem de corrosão ou revestimentos protetores são a abordagem padrão; a seleção depende do ambiente de serviço (marítimo, industrial, exposição química).
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Corte: Corte a plasma, oxicombustível e a laser são rotineiros para ambas as classes, com L360 mais espesso exigindo mais atenção ao endurecimento das bordas ao cortar rapidamente.
- Maquinabilidade: Composições de baixo carbono e microligadas resultam em maquinabilidade moderada; L360 (maior resistência) geralmente é um pouco mais difícil de maquinar do que L290—o desgaste da ferramenta e as forças de corte aumentam.
- Conformabilidade e dobra: L290 apresenta melhor capacidade de dobra e conformação a frio na mesma espessura. L360 exige raios de dobra maiores, força de dobra e, às vezes, recozimento intermediário para conformação severa.
- Acabamento de superfície e preparações para solda são semelhantes; L360 pode precisar de controle mais rigoroso do ajuste para evitar concentrações de tensão localizadas.
8. Aplicações Típicas
| L290 — Usos típicos | L360 — Usos típicos |
|---|---|
| Estruturas de aço estrutural geral (cargas leves a moderadas) | Membros estruturais mais pesados onde maior capacidade de carga ou redução da espessura da seção é necessária |
| Membros de construção de edifícios, subestruturas e aço secundário | Pontes, guindastes pesados, vigas principais e membros estruturais para plataformas offshore |
| Equipamentos agrícolas, fabricação geral | Placas de casco de navios, seções estruturais de retenção de pressão onde maior relação resistência/peso é necessária |
| Aplicações onde a conformabilidade e a fabricação de baixo custo são priorizadas | Fabricações onde a economia de peso, maior tensão permitida ou capacidade de vão melhorada são críticas |
Racional de seleção - Escolha L290 quando a velocidade de fabricação, conformação e sensibilidade ao custo superarem o benefício de seções transversais menores. - Escolha L360 quando a eficiência estrutural, redução de peso ou tensões permitidas mais altas forem priorizadas e a equipe de fabricação puder gerenciar os controles de soldagem e conformação mais rigorosos.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: L360 é geralmente mais caro do que L290 devido ao controle adicional de liga, processamento termomecânico e controles de qualidade mais rigorosos. A diferença de preço varia com as condições de mercado e a forma do produto.
- Disponibilidade: Ambas as classes são amplamente produzidas em placas, bobinas e seções, mas o fornecimento local depende das capacidades da fábrica. L290 é frequentemente mais comum em mercados estruturais de commodities; L360 pode estar mais disponível em fábricas que visam construção pesada, pontes e mercados offshore.
- Os prazos de entrega podem aumentar para L360 em pedidos de grandes quantidades ou placas grossas, particularmente quando controles específicos de tenacidade ou químicos são exigidos.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | L290 | L360 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa—mais tolerante devido à menor temperabilidade | Boa com controles—maior temperabilidade da HAZ requer procedimentos mais rigorosos |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Resistência moderada com ductilidade relativamente maior | Maior resistência com boa tenacidade se processado corretamente |
| Custo | Menor (classe estrutural geral) | Maior (processamento e controles HSLA) |
Recomendação - Escolha L290 se: você precisa de um aço estrutural econômico, facilmente formado e soldado para membros de carga moderada onde maximizar a ductilidade e a facilidade de fabricação são prioridades. - Escolha L360 se: você precisa de maior resistência ao escoamento garantida para reduzir o tamanho ou peso da seção, e pode implementar práticas de soldagem e conformação controladas, e possivelmente um custo de material ligeiramente mais alto para ganhar eficiência estrutural.
Nota final: Sempre revise o certificado da fábrica do fornecedor e a norma ou especificação aplicável para os limites químicos precisos, garantias mecânicas, dados dependentes da espessura e recomendações de soldagem. Quando em dúvida, solicite registros específicos de composição e tratamento térmico e realize avaliações de soldabilidade e tenacidade específicas para a aplicação.