Q235 vs Q255 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente escolhem entre Q235 e Q255 ao especificar aços carbono estruturais para estruturas soldadas, chapas e seções. A decisão geralmente equilibra custo e facilidade de fabricação contra a necessidade de maior resistência ao escoamento e desempenho em serviço (por exemplo: maior capacidade de carga ou redução do tamanho da seção). Os contextos típicos de decisão incluem membros estruturais soldados, fabricação geral e vasos de pressão ou armazenamento de carga moderada, onde tanto a resistência quanto a soldabilidade são importantes.

A principal distinção técnica entre Q235 e Q255 é a sua resistência ao escoamento projetada: Q255 é especificado para uma resistência mínima ao escoamento mais alta do que Q235. Esse alvo de resistência impulsiona diferenças sutis no controle químico, processamento e trade-offs de seleção que fazem com que as duas classes sejam comumente comparadas em design e fabricação.

1. Normas e Designações

• GB (República Popular da China): Q235, Q255 (classes nacionais de aços carbono estruturais). Estes são designados como aços estruturais carbono.
• Outros equivalentes de sistema (funcionais, não idênticos): Q235 é frequentemente comparado com ASTM A36 / EN S235JR em aplicações estruturais, mas a equivalência direta requer revisão da química e testes mecânicos.
• Classificação: tanto Q235 quanto Q255 são aços estruturais carbono simples (livres de baixa liga), não inoxidáveis, ferramentas ou aços de alta resistência de baixa liga (HSLA) no sentido moderno—embora a prática de usina possa incluir microligação ou laminação controlada para atender às propriedades mecânicas.

Nota: Normas e formas de produto diferem (chapas, tiras, barras, seções); sempre especifique a norma exata e a forma do produto necessária nos pedidos de compra.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo resume a presença relativa de elementos-chave e seus papéis. Essas entradas descrevem a prática típica da usina e níveis relativos, em vez de limites padrão prescritivos—certificados de usina e a norma aplicável devem ser consultados para valores contratuais.

Elemento	Q235 (nível relativo típico)	Q255 (nível relativo típico)	Propósito / Efeito
C (Carbono)	Baixo a moderado (controla a resistência)	Baixo a moderado (frequentemente controlado para atender a uma resistência maior sem dureza excessiva)	Controle primário de resistência; maior C aumenta a resistência e a dureza, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade.
Mn (Manganês)	Moderado (desoxidação, resistência)	Moderado (pode ser ligeiramente mais alto ou rigidamente controlado para resistência)	Aumenta a dureza e a resistência; ajuda a compensar o baixo C para resistência.
Si (Silício)	Baixo (desoxidante)	Baixo (desoxidante)	Agente desoxidante; pequeno efeito na resistência.
P (Fósforo)	Traço (mantido baixo)	Traço (mantido baixo)	Impureza—excesso reduz a tenacidade, particularmente em baixa temperatura.
S (Enxofre)	Traço (mantido baixo)	Traço (mantido baixo)	Impureza—reduz a ductilidade e a usinabilidade; combinações de Mn-S afetam a morfologia do sulfeto.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Tipicamente traço / não adicionado intencionalmente	Tipicamente traço / pode incluir microligação em algumas usinas	Quando adicionados intencionalmente, controlam a dureza, o refino de grão e a resistência (microligação). Não é típico em Q235/Q255 básico, a menos que especificado.
N (Nitrogênio)	Traço	Traço	Pode se combinar com Al, Ti, Nb para formar nitretos; afeta a tenacidade e o envelhecimento.

Como a liga afeta o comportamento: - Aumentar C ou aumentar a liga (Cr, Mo, V) aumenta a resistência e a dureza, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade se não compensado pelo processamento. - Mn é o principal elemento de liga intencional nessas classes; equilibra resistência com conformabilidade. - Microligação (V, Nb, Ti) pode permitir maior resistência ao escoamento com menor carbono, melhorando a resistência sem tanta perda de soldabilidade—se presente, deve ser declarado na documentação da usina.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas como laminadas para ambas as classes: - Microestruturas de ferrita–pearlita dominam as formas de produto laminadas e normalizadas para aços estruturais carbono. - Q255, devido ao seu objetivo de resistência mais alta, pode mostrar uma fração de perlita ligeiramente maior ou tamanho de grão de ferrita mais fino por meio de laminação controlada ou microligação, mas as microestruturas base permanecem ferrita + perlita em processos comerciais normais.

Efeito das rotas de processamento comuns: - Normalização: refina o grão e pode produzir propriedades mecânicas mais uniformes; usado quando melhor tenacidade é necessária. - Resfriamento e tempera: não é típico para Q235/Q255 de mercadoria; produz microestruturas martensíticas ou bainíticas com resistência muito maior, mas está fora do escopo normal de designação. - Processamento controlado termo-mecânico (TMCP): quando aplicado, resulta em tamanho de grão mais fino e combinações de resistência–tenacidade melhoradas, mantendo o carbono baixo—esta é uma rota comum para aumentar a resistência sem excesso de C.

Implicações: - Para fabricação rotineira, ambas as classes são processadas para fornecer um comportamento previsível de ferrita–pearlita dúctil. Se maior resistência for necessária enquanto se mantém a soldabilidade, busque versões TMCP ou microligadas em vez de simplesmente aumentar o carbono.

4. Propriedades Mecânicas

A principal distinção mecânica garantida é a resistência ao escoamento.

Propriedade	Q235 (típico)	Q255 (típico)	Notas
Resistência ao Escoamento Nominal (mínima)	235 MPa	255 MPa	Esses valores nominais são os pontos de escoamento de design implicados pelo nome da classe.
Resistência à Tração	Moderada; depende da forma do produto	Ligeiramente mais alta ou similar; depende da forma do produto	A resistência final à tração depende da espessura, laminação e tratamento térmico.
Alongamento (ductilidade)	Boa ductilidade para conformação e soldagem	Comparável, mas pode ser ligeiramente inferior se um processamento de maior resistência for utilizado	A ductilidade é condicional à química e ao processamento; baixo carbono melhora a ductilidade.
Tenacidade ao Impacto	Boa com processamento apropriado	Comparável se processado para tenacidade; pode ser mais conservador em baixas temperaturas	Os testes Charpy dependem do produto e do tratamento térmico.
Dureza	Dureza típica de aço estrutural	Ligeiramente mais alta em produto de maior resistência	A dureza correlaciona-se com as propriedades de tração.

Explicação: - Q255 é mais forte pelo critério de resistência ao escoamento projetado; dependendo de como o aço é produzido, Q255 pode alcançar a resistência mais alta por meio de microligação e controle de laminação, em vez de aumentar substancialmente o carbono. Quando o carbono é mantido baixo e a microligação/TMCP é utilizada, a tenacidade e a soldabilidade podem permanecer aceitáveis. - A tenacidade e a ductilidade reais são determinadas mais pela história de processamento e impurezas do que pela classe sozinha.

5. Soldabilidade

A soldabilidade dos aços carbono é fortemente controlada pela equivalência de carbono e pela dureza local.

Fórmula comum de equivalência de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretação qualitativa: - Menor equivalência de carbono (CE) indica menor risco de trincas a frio e requisitos reduzidos de pré-aquecimento/pós-aquecimento. - Q235, tipicamente produzido com baixo carbono, geralmente apresenta excelente soldabilidade para processos de soldagem rotineiros (SMAW, GMAW, FCAW). - Q255, tendo um alvo de resistência mais alto, pode ser produzido aumentando ligeiramente o carbono ou por outras estratégias (controle de Mn, microligação, TMCP). Se o fornecedor alcançar maior resistência com microligação/TMCP e mantiver o carbono baixo, a soldabilidade permanece boa. Se um carbono mais alto for utilizado para atingir a resistência, a CE aumenta e os procedimentos de pré-aquecimento/pós-aquecimento e soldagem qualificada tornam-se mais críticos. - Sempre solicite valores de CE ou Pcm no certificado da usina e siga as especificações de procedimentos de soldagem (WPS) aplicáveis. Para estruturas soldadas críticas, realize recomendações de PWHT e controle de hidrogênio conforme necessário.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Essas classes são aços carbono simples (não inoxidáveis); a resistência à corrosão é limitada àquela dos aços carbono não ligados.
• Estratégias de proteção típicas:
• Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica.
• Revestimentos orgânicos (primers, tintas, revestimentos em pó) para sistemas projetados.
• Revestimentos metalúrgicos (primers ricos em zinco, sobreposições de epóxi) dependendo da exposição.
• PREN (número equivalente de resistência à picada) é um índice de aço inoxidável: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Não aplicável a Q235/Q255 porque não contêm Cr, Mo ou N suficientes para serem inoxidáveis.
• Se resistência à corrosão além do aço carbono revestido for necessária, especifique ligas inoxidáveis ou resistentes à corrosão em vez de confiar em substituições de Q235/Q255.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformação/dobra: Q235 tem uma conformabilidade muito boa devido à resistência mais baixa; Q255 pode ser conformado, mas pode exigir raios de dobra maiores ou mais força dependendo do produto e do tratamento.
• Corte: As mesmas práticas se aplicam; corte a oxigênio, laser, corte a plasma são rotineiros. Versões mais duras ou de maior resistência podem induzir mais desgaste das ferramentas.
• Usinabilidade: Aços de baixo carbono têm usinabilidade moderada; inclusões de sulfeto ou variantes de usinagem livre (não padrão para Q235/Q255) melhoram a usinabilidade, mas podem reduzir as propriedades de impacto.
• Acabamento de superfície e pós-processamento: Ambos aceitam bem soldagem, perfuração, roscagem e tratamentos de superfície padrão; o tratamento térmico pós-soldagem raramente é necessário para uso estrutural típico, a menos que especificado.

8. Aplicações Típicas

Q235 — Usos Típicos	Q255 — Usos Típicos
Componentes estruturais gerais (vigas, canais, colunas)	Membros estruturais onde a maior resistência permite redução de peso ou seção
Fabricações soldadas (estruturas, suportes, invólucros)	Estruturas pesadas, guindastes, componentes de içamento com tensões de projeto mais altas
Chapase folhas para fabricação geral, tanques de baixa carga	Aplicações onde um aumento modesto na resistência melhora a margem sem mudar a classe do material
Tubos e perfis para serviço não crítico	Peças de máquinas onde uma resistência ligeiramente maior melhora a vida útil ou rigidez

Racional de seleção: - Escolha Q235 pela ampla disponibilidade, excelente soldabilidade e menor custo de material para componentes estruturais convencionais. - Escolha Q255 quando os requisitos do projeto especificarem uma resistência mínima mais alta para que o tamanho da seção, peso ou deflexão possam ser reduzidos, mantendo práticas de fabricação semelhantes. Confirme se o fornecedor alcança maior resistência por meio de microligação/TMCP em vez de maior carbono.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Q255 geralmente tem um pequeno prêmio em relação ao Q235 devido a requisitos de propriedades mais altos ou processamento adicional (TMCP, microligação). O prêmio varia por região, usina e condições de mercado.
• Disponibilidade: Q235 é muito comum e amplamente estocado em muitas formas de produto. Q255 é menos ubíquo, mas comumente disponível em grandes usinas; a disponibilidade depende da forma do produto (chapa, bobina, barra) e da produção regional.
• Dica de aquisição: Especifique certificados de propriedades mecânicas e limites químicos; se houver fornecimento restrito, considere qualificar fornecedores alternativos ou aceitar classes HSLA equivalentes com propriedades garantidas semelhantes.

10. Resumo e Recomendação

Atributo	Q235	Q255
Soldabilidade	Excelente (baixo C, baixo CE típico)	Bom a razoável (depende da rota para maior resistência; microligação/TMCP = bom)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Equilíbrio estrutural padrão	Maior resistência; o equilíbrio depende do processamento
Custo	Mais baixo (amplamente produzido)	Ligeiramente mais alto (requisito de maior resistência ou processamento)

Recomendações: - Escolha Q235 se você prioriza a máxima soldabilidade, facilidade de fabricação, menor custo de material e desempenho estrutural padrão onde uma resistência de 235 MPa atende aos requisitos de projeto. - Escolha Q255 se o projeto exigir uma resistência mínima mais alta (255 MPa) para reduzir tamanhos de seção ou aumentar a capacidade de carga, e você verificou que a química e o processamento do fornecedor alcançam essa resistência sem carbono excessivo que comprometeria a soldabilidade ou tenacidade.

Orientação final de aquisição: - Sempre solicite certificados de teste da usina (composição química e testes mecânicos), valores de equivalência de carbono e detalhes sobre qualquer microligação ou processamento TMCP. - Para montagens soldadas em serviço crítico, especifique pré-aquecimento/pós-aquecimento necessários, controle de hidrogênio e realize a qualificação de juntas usando o produto real do fornecedor de chapa/seção. - Quando resistência à corrosão, serviço em alta temperatura ou tenacidade muito alta forem necessárias, considere alternativas de classes de aço ou seleções de ligas em vez de confiar apenas em substituições de Q235/Q255.