L390 vs L415 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam trade-offs ao selecionar um grau de aço: maior resistência muitas vezes entra em conflito com a facilidade de fabricação e soldagem, enquanto melhor soldabilidade pode limitar a resistência máxima alcançável ou resistência ao desgaste. L390 e L415 são frequentemente discutidos em muitas conversas de seleção porque ocupam posições adjacentes no espectro de aços estruturais e do tipo ferramenta de baixo liga, onde os projetistas equilibram a resistência entregue com a conveniência de fabricação.

A principal distinção prática entre esses dois graus é um trade-off entre a resistência/dureza máxima alcançável e a facilidade de soldagem/fabricação. O L415 é geralmente especificado quando maior resistência e dureza através da espessura são necessárias, enquanto o L390 é frequentemente preferido onde soldabilidade, tenacidade e tratamento térmico mais simples são priorizados. Como as convenções de nomenclatura e as composições exatas podem variar por norma ou fornecedor, os usuários devem confirmar os certificados de fábrica e as normas aplicáveis para qualquer compra específica.

1. Normas e Designações

• Normas comuns a serem verificadas para ambos os graus: EN (Normas Europeias), ASTM/ASME (Americanas), JIS (Japonesas) e normas nacionais como GB (China). Nem todas as normas usam os rótulos exatos L390/L415; estes podem ser nomes comerciais ou de mercado mapeados para números de norma equivalentes.
• Classificação:
• L390 — comumente tratado como um aço estrutural ou de engenharia de baixo liga; às vezes usado em aplicações de faca/ferramenta/modelagem onde são necessárias tenacidade equilibrada e resistência moderada.
• L415 — tipicamente um aço de baixo liga de maior resistência ou uma variante de maior dureza usada onde maior resistência à tração/limite de escoamento ou endurecimento mais profundo é necessário.
• Tipo: Nenhum é um grau inoxidável (a menos que explicitamente designado como tal em uma especificação de fornecedor); ambos são aços de baixo liga ou microaleados, em vez de aços ferramenta convencionais ou aços inoxidáveis. Confirme se o grau em questão é um aço estrutural ligado, uma variante de aço ferramenta ou um produto especial de um determinado fabricante.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume qualitativamente a estratégia típica de liga. As composições exatas variam por especificação e fabricante; consulte a especificação real do material e o certificado de teste da fábrica para aquisição ou design.

Como a liga afeta as propriedades: Elementos que aumentam a dureza (Cr, Mo, Mn, B e às vezes Ni) permitem uma transformação martensítica mais profunda durante a têmpera e, assim, maior resistência através da espessura em seções mais espessas. Elementos de microaleação (V, Nb, Ti) possibilitam o fortalecimento de grão fino e boa tenacidade sem carbono muito alto, melhorando a relação resistência/tenacidade. No entanto, maior dureza e equivalentes de carbono geralmente reduzem a soldabilidade e aumentam os requisitos de pré-aquecimento/interpassagem para evitar trincas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas:
• L390: após ciclos normalizados ou de têmpera e revenido, o L390 tende a mostrar uma matriz martensítica ou bainítica revenida com grãos de austenita anterior relativamente finos quando microaleado. Isso resulta em tenacidade equilibrada com resistência moderada.
• L415: tende a formar uma fração maior de martensita ou bainita de baixa temperatura após a têmpera, especialmente em seções mais espessas ou quando temperado para aumentar a dureza. O controle do tamanho dos grãos de austenita anterior e o revenido são críticos para obter tenacidade aceitável.
• Rotas e efeitos do tratamento térmico:
• Normalização: ambos os graus se beneficiam da normalização para refinar o tamanho dos grãos de austenita anterior; o L390 responde bem com tenacidade melhorada. O L415 normalizado mostrará maior resistência após o revenido subsequente.
• Têmpera e revenido: rota principal para obter alta resistência. O L415 geralmente requer meios de têmpera mais agressivos ou revenido mais lento para alcançar as resistências de projeto; o revenido é necessário para restaurar a tenacidade.
• Processamento termo-mecânico: laminação controlada mais resfriamento acelerado pode produzir microestruturas bainíticas ou martensíticas-bainíticas finas com alta resistência e boa tenacidade, muitas vezes permitindo melhor soldabilidade do que ciclos pesados de têmpera/revenido.
• Nota prática: À medida que a dureza aumenta, o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) e os requisitos de pré-aquecimento tornam-se mais significativos para evitar trincas a frio assistidas por hidrogênio.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela abaixo compara as tendências esperadas das propriedades. Os valores reais dependem do tratamento térmico, forma do produto e fornecedor. Use relatórios de teste da fábrica para verificação de design.

Explicação: O maior teor de liga e/ou equivalente de carbono do L415 permitem que os projetistas alcancem maiores resistências à tração e ao escoamento, mas esses ganhos muitas vezes vêm à custa da ductilidade e soldabilidade. O L390 enfatiza um equilíbrio — resistência razoável enquanto mantém melhor tenacidade e deformabilidade.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é influenciada pelo teor de carbono, equivalente de carbono (dureza) e elementos de microaleação. Duas fórmulas preditivas comuns são úteis para interpretar o comportamento relativo:

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

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

Interpretação (qualitativa): - L390: valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ mais baixos a moderados geralmente indicam soldagem mais fácil com consumíveis padrão e pré-aquecimento menos rigoroso. Menor carbono e liga restrita simplificam o design da junta e reduzem o PWHT necessário. - L415: maior liga e carbono aumentam $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, aumentando a suscetibilidade a trincas assistidas por hidrogênio e relacionadas ao endurecimento. Soldar L415 geralmente requer pré-aquecimento controlado, consumíveis de hidrogênio mais baixos, controle de interpassagem e, às vezes, PWHT.

Orientação prática: Para ambos os graus, siga os procedimentos de soldagem do fornecedor; realize PWHT se especificado. Use eletrodos ou metais de adição controlados por hidrogênio correspondentes à resistência e ductilidade desejadas. Onde as soldas devem ser realizadas pela prática usual da oficina com capacidade de pré-aquecimento limitada, o L390 geralmente será a escolha mais segura.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, L390 ou L415, é inerentemente inoxidável; a resistência à corrosão é típica de aços de carbono/baixo liga e requer proteção de superfície em ambientes expostos.
• Proteções comuns:
• Galvanização a quente, spray de zinco ou metalização para proteção contra corrosão atmosférica.
• Pinturas, revestimentos epóxi ou sistemas de pintura em pó para exposições arquitetônicas ou leves.
• Proteção catódica e revestimentos especializados para ambientes marinhos ou altamente corrosivos.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) não é aplicável a menos que um grau seja explicitamente inoxidável. Para referência, PREN é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Mas este índice se aplica apenas a ligas inoxidáveis; L390/L415 deve ser tratado com estratégias de proteção convencionais de aço carbono.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Corte e usinagem:
• L390: tipicamente mais fácil de usinar em condição normalizada/revenida; menor dureza e carbono ajudam na vida útil da ferramenta e na produtividade.
• L415: a usinagem pode ser mais desafiadora se fornecida em condição de alta dureza ou têmpera; recomenda-se pré-usinagem em condição mais macia ou uso de ferramentas de metal duro e alimentação apropriada.
• Formação e dobra:
• L390: melhor formabilidade, maiores reduções de dobra permitidas antes da trinca em condições normalizadas ou revenidas.
• L415: a formação é mais limitada quando a dureza alta está presente; a formação a frio pode exigir recozimento ou ferramentas especializadas.
• Soldagem e acabamento pós-soldagem:
• L390: mais fácil de desbastar, preparar e finalizar após a soldagem.
• L415: pode exigir PWHT adicional e desbaste cuidadoso para evitar efeitos de revenido e manter as propriedades.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: escolha L390 para trabalhos que priorizam fabricação, tenacidade ou onde soldagem complexa é inevitável. Escolha L415 para designs que exigem maior resistência estática, resistência ao desgaste ou maior capacidade de carga e onde o ambiente de fabricação pode acomodar controles de soldagem e tratamento térmico mais rigorosos.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: L415 é geralmente mais caro por tonelada quando o teor de liga e processamento (por exemplo, tratamento térmico especializado) são mais altos. O L390 tende a ser mais econômico para aplicações onde resistência ultra-alta não é necessária.
• Disponibilidade por forma de produto: ambos os graus estão comumente disponíveis em formas de chapa, barra e forjadas de usinas especializadas e centros de serviços, mas os prazos de entrega variam conforme a demanda regional e se um tratamento térmico ou certificação específica é necessária. O estoque padrão tende a ser mais comum em ligas estruturais; variantes de alta resistência especializadas podem exigir corridas de fábrica ou atrasos no tratamento térmico.
• Dica de aquisição: especifique o tratamento térmico necessário, dureza ou metas mecânicas e testes de material exigidos (UT, MT, PMI, MTC) antecipadamente para evitar surpresas de preço e prazo de entrega.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Recomendação: - Escolha L390 se você precisar de um aço de engenharia equilibrado com soldabilidade relativamente boa, usinagem e formação mais fáceis, e tenacidade sólida para estruturas ou componentes soldados produzidos em ambientes de oficina com procedimentos de soldagem padrão. - Escolha L415 se sua principal exigência for maior resistência à tração ou limite de escoamento, endurecimento mais profundo em seções mais espessas, ou maior resistência ao desgaste e o plano de fabricação puder acomodar procedimentos de soldagem mais restritivos, pré-aquecimento/PWHT e potencialmente maior custo do material.

Nota final: Os termos L390 e L415 podem ser usados de maneira diferente entre fornecedores e normas. Sempre confirme a composição química exata, os requisitos de propriedades mecânicas e a rota de tratamento térmico especificada na especificação do material e no certificado de teste da fábrica antes do design ou aquisição final.