Q215 vs Q235 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
Q215 e Q235 são dois graus de aço carbono/mole chinês amplamente utilizados em aplicações estruturais, de fabricação e engenharia geral. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam um dilema de seleção entre aços de baixo custo, facilmente processáveis, e alternativas de resistência ligeiramente superior que permitem designs mais leves ou margens de desempenho mais apertadas. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar custo versus resistência ao escoamento necessária, escolher aço para fabricados soldados versus conformação a frio, e avaliar a tenacidade para serviço em baixa temperatura.
A principal diferença prática entre os dois graus surge das diferenças na composição química—mais notavelmente carbono e manganês—e como essas diferenças se traduzem em resistência ao escoamento nominal e sensibilidade ao processamento. Como ambos são aços carbono não-ligados, produzidos comercialmente, destinados à conformação, soldagem e uso estrutural, eles são comumente comparados durante a seleção de materiais, otimização de custos e planejamento de fabricação.
1. Normas e Designações
- GB/T (China): Q215, Q235 (designações comuns de norma nacional para aços estruturais laminados a quente).
- Equivalentes ISO/EN: Nenhum grau ISO direto, mas Q235 é frequentemente comparável funcionalmente ao EN S235JR em aplicações estruturais.
- ASTM/ASME: Nenhum equivalente direto; a seleção geralmente se baseia em propriedades mecânicas em vez de designação exata.
- JIS: Nenhum equivalente direto; correspondência por propriedades de tração/escoamento e limites químicos.
- Classificação: Tanto Q215 quanto Q235 são aços estruturais de carbono simples (aços de baixo carbono), não são aços ligas, de ferramenta ou inoxidáveis. Não são considerados HSLA a menos que processados termomecanicamente com microligação.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Os dois graus são intencionalmente simples em química. Composições comerciais típicas são dadas como faixas ou limites superiores em vez de valores fixos exatos. A tabela abaixo lista limites de elementos comumente citados ou faixas típicas para Q215 e Q235; consulte a análise certificada específica do moinho e a norma aplicável (por exemplo, GB/T 700) para valores críticos de contrato.
| Elemento | Q215 (típico / limite) | Q235 (típico / limite) |
|---|---|---|
| C (carbono) | ≈ 0.10–0.18 wt% (máximo inferior ao Q235) | ≈ 0.12–0.22 wt% (máximo ligeiramente superior) |
| Mn (manganês) | ≈ 0.30–0.60 wt% | ≈ 0.30–0.80 wt% |
| Si (silício) | ≈ 0.02–0.30 wt% | ≈ 0.02–0.30 wt% |
| P (fósforo) | ≤ 0.035 wt% (máx típico) | ≤ 0.035 wt% (máx típico) |
| S (enxofre) | ≤ 0.035 wt% (máx típico) | ≤ 0.035 wt% (máx típico) |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | Tipicamente ≤ traço/ppm (não adições deliberadas) | Tipicamente ≤ traço/ppm (não adições deliberadas) |
Como a liga afeta as propriedades: - Carbono: Aumenta a resistência e dureza, mas reduz a ductilidade e soldabilidade à medida que o carbono aumenta; também eleva a endurecibilidade. - Manganês: Desoxidante e fortalecedor; aumentos moderados melhoram a tração/escoamento e contrabalançam a fragilização pelo enxofre. - Silício: Desoxidação e leve aumento de resistência. - Elementos residuais e microligação (V, Nb, Ti) — não típicos em Q215/Q235 simples — aumentariam a resistência através do endurecimento por precipitação e refinariam o tamanho do grão se presentes em quantidades controladas.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas para ambos os graus após laminação a quente convencional e resfriamento ao ar são misturas de ferrita–pearlita: - Q215: Fração ligeiramente maior de ferrita mais macia e pearlite mais grossa devido ao menor carbono; tende a ser mais dúctil. - Q235: Fração ligeiramente maior de pearlite e espaçamento interlamelar mais fino se o carbono e o Mn estiverem em limites mais altos; manifesta resistência à tração e ao escoamento marginalmente mais altas.
Resposta ao tratamento térmico: - Recozimento/Normalização: Ambos respondem de forma previsível; a normalização refina a estrutura do grão e pode modestamente aumentar a resistência e tenacidade em comparação com a condição como laminado. - Resfriamento e Têmpera: Não é típico para esses graus—porque o carbono é baixo, a endurecibilidade é limitada; ciclos severos de resfriamento/têmpera oferecem benefício limitado em relação a aços de médio carbono. - Processamento termomecânico / microligação: Quando microligados e processados termomecanicamente, os aços da família Q2xx podem alcançar resistência aprimorada com tenacidade retida, mas isso afasta o material da classificação padrão Q215/Q235.
4. Propriedades Mecânicas
Abaixo está uma comparação típica em faixas comumente citadas. Os valores reais dependem da forma do produto (placa, chapa, bobina), espessura e certificação do moinho.
| Propriedade | Q215 (típico) | Q235 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência ao Escoamento (Rp0.2) | ~215 MPa (base de designação nominal) | ~235 MPa (base de designação nominal) |
| Resistência à Tração | ≈ 340–470 MPa | ≈ 370–500 MPa |
| Alongamento (A50 mm ou A5) | ≈ 20–26% | ≈ 20–28% |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy V-notch, se especificado) | Variável; geralmente adequada para serviço ambiente; inferior ao Q235 em processamento equivalente se o carbono for mais alto | Melhor tenacidade em baixa temperatura quando processado de forma semelhante, mas depende da espessura e do tratamento térmico |
| Dureza | Relativamente baixa (HB ≤ ~140 típico) | Relativamente baixa, mas marginalmente superior ao Q215 |
Qual é mais forte, mais resistente ou mais dúctil? - Resistência: Q235 é especificado com uma resistência ao escoamento mais alta e é geralmente o mais forte dos dois. - Ductilidade & Tenacidade: Q215, com menor teor de carbono, tende a ser ligeiramente mais dúctil e mais fácil de formar; a tenacidade depende fortemente do processamento e pode não diferir significativamente para muitas peças fabricadas na oficina. - Compensação: Pequenas diferenças de carbono e manganês produzem diferenças modestas (~10% de classe) em resistência ao escoamento e à tração; a seleção depende de se essa margem permite redução de peso ou seção ou se maior conformabilidade é necessária.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é governada em grande parte pelo equivalente de carbono e conteúdo residual de liga. Para aços carbono simples como Q215/Q235, o teor de carbono e o nível de manganês são os fatores dominantes. Dois índices empíricos comumente usados são:
-
Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Instituto Internacional de Soldagem 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): - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil com menor risco de trincas a frio assistidas por hidrogênio e menores requisitos de pré-aquecimento. - Q215 geralmente apresenta soldabilidade ligeiramente melhor que Q235 devido ao menor teor de carbono, reduzindo a endurecibilidade e a suscetibilidade a microestruturas martensíticas na ZTA (zona afetada pelo calor). - Na prática, ambos os graus são altamente soldáveis com processos de soldagem comuns (SMAW, GMAW, FCAW, SAW), desde que o controle de pré-aquecimento/interpasso, seleção de consumíveis e controle de hidrogênio sejam aplicados para espessuras e níveis de restrição que poderiam, de outra forma, promover trincas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, Q215 ou Q235, é inoxidável; a resistência à corrosão atmosférica é semelhante e limitada. As estratégias de proteção incluem pintura, revestimento em pó, galvanização (a quente ou eletrogalvanizada) ou tratamentos de superfície metalúrgicos (por exemplo, lamela de zinco).
- Ao especificar galvanização, considere a espessura e a sequência de fabricação (pré-galvanizar vs tratamento de solda pós-galvanização).
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é usado apenas para aços inoxidáveis e não é aplicável para Q215/Q235: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Para Q215/Q235, a folga de corrosão no projeto e os revestimentos apropriados são as principais medidas de prevenção.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Conformação a frio/dobra: Q215 (menor carbono) é modestamente mais fácil de conformar a frio e tem ligeiramente maior alongamento em espessuras comparáveis; Q235 pode ser formado, mas pode exigir raios de dobra maiores para a mesma espessura.
- Maquinabilidade: Ambos são geralmente usináveis; maior carbono e manganês em Q235 conferem ligeiramente maior resistência e podem aumentar marginalmente o desgaste da ferramenta. A maquinabilidade depende mais da condição do tratamento térmico e do teor de enxofre do que da pequena diferença entre esses graus.
- Corte/processos térmicos: Corte a plasma, oxi-combustível e corte a laser funcionam de forma equivalente; cuidado com a dureza das bordas em situações de resfriamento muito rápido.
- Acabamento de superfície: Ambos aceitam pintura, galvanização e revestimento; posições de soldagem e tratamentos pós-solda se comportam de maneira semelhante.
8. Aplicações Típicas
| Q215 — Usos Típicos | Q235 — Usos Típicos |
|---|---|
| Membros estruturais de baixo custo para casos de carga não críticos, estruturas leves, equipamentos agrícolas, fabricação geral onde a resistência máxima não é necessária | Aço estrutural para edifícios, pontes, estruturas leves, seções estruturais soldadas onde uma resistência ao escoamento ligeiramente maior é vantajosa |
| Seções conformadas a frio com altas demandas de conformabilidade | Peças mecânicas onde pequeno aumento de resistência permite redução de peso |
| Componentes decorativos e pintados | Placas e perfis estruturais de uso geral onde níveis de resistência padronizados são especificados |
Racional de seleção: - Escolha Q215 quando a conformabilidade, o menor custo possível e resistência adequada para estruturas não críticas forem prioridades. - Escolha Q235 quando o design exigir maior resistência ao escoamento/tração para reduzir o tamanho ou peso da seção, mantendo boa soldabilidade e conformabilidade.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: Q215 é geralmente marginalmente mais barato que Q235 devido ao teor ligeiramente inferior de carbono/manganês e ao processamento associado. A diferença de preço é pequena e muitas vezes ofuscada pelos preços de mercado do aço e pela forma do produto (placa, bobina).
- Disponibilidade: Ambos os graus são comumente estocados por moinhos e distribuidores em formas de chapa, placa e bobina. Q235 é frequentemente mais comumente especificado em normas de engenharia e pode ter maior disponibilidade em placas estruturais certificadas e seções laminadas.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | Q215 | Q235 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Muito boa — ligeiramente melhor devido ao menor carbono | Muito boa — ligeiramente maior CE se Mn/C próximo aos limites superiores |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Resistência nominal mais baixa, ductilidade ligeiramente maior | Maior resistência nominal ao escoamento e à tração, tenacidade comparável com processamento adequado |
| Custo | Ligeiramente mais baixo | Ligeiramente mais alto, mas amplamente disponível |
Recomendações finais: - Escolha Q215 se suas prioridades forem máxima conformabilidade, o menor custo possível de material para peças estruturais não críticas, ou quando os processos de fabricação envolverem extensa conformação e dobra a frio. - Escolha Q235 se seu design exigir uma resistência ao escoamento especificada mais alta para reduzir o tamanho ou peso do membro, ou para atender a especificações estruturais padrão onde a maior resistência nominal ao escoamento simplifica a conformidade e as margens de design.
Nota final: Sempre verifique os certificados de teste do moinho e confirme as propriedades mecânicas e químicas para o lote de fornecimento específico e forma do produto. Para aplicações críticas soldadas, em baixa temperatura ou sensíveis à fadiga, especifique testes de tenacidade apropriados, procedimentos de soldagem e qualquer tratamento térmico pós-solda ou pré-aquecimento necessário com base na espessura e restrição.