Q235 vs Q345 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Q235 e Q345 são dois dos aços estruturais mais amplamente utilizados na China e nas cadeias de suprimento internacionais onde produtos de usinas chinesas são especificados. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam a escolha entre eles ao equilibrar custo, soldabilidade, conformabilidade e requisitos de resistência em serviço. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de material para construção de colunas e vigas, quadros de pressão, dispositivos de elevação e estruturas soldadas onde a resistência ao escoamento, tenacidade a baixa temperatura e facilidade de fabricação devem ser ponderadas.

A distinção técnica essencial é que o Q345 é um aço estrutural de maior resistência do que o Q235 devido à sua estratégia de liga e micro-liga; isso proporciona um nível de escoamento de projeto mais alto, mantendo uma tenacidade e soldabilidade aceitáveis na maioria das formas de produto. Como ambas as classificações são usadas para aplicações estruturais semelhantes, comparações diretas de composição, resposta ao processamento, propriedades mecânicas e comportamento de fabricação determinam qual classificação é ideal para uma determinada aplicação.

1. Normas e Designações

• GB/T (China): Q235 e Q345 são definidos na GB/T 700 (aços estruturais gerais) e na GB/T 1591 (aços estruturais de alta resistência de baixa liga para variantes Q345).
• ASTM/ASME: Não há nomes de grau equivalentes diretos; famílias comparáveis incluem ASTM A36 (semelhante ao Q235 em muitas propriedades) e várias classificações de baixa liga ASTM (para níveis de resistência semelhantes ao Q345).
• EN (Europa): Aços estruturais como S235JR (aproximadamente comparável ao Q235) e S355 (aproximadamente comparável ao Q345) atendem a categorias de resistência semelhantes.
• JIS (Japão): As classificações de aço estrutural JIS não são equivalentes um a um; as comparações devem ser feitas com base nos requisitos mecânicos e químicos, em vez do nome da classificação.

Classificação: - Q235: Aço estrutural de carbono (aço carbono comum de baixo carbono). - Q345: Aço estrutural de baixa liga / HSLA (alta resistência e baixa liga) com micro-ligação controlada e limites de impurezas mais rigorosos.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela abaixo mostra intervalos de composição típicos e características de liga notáveis. Os limites exatos variam de acordo com a subclasse padrão (por exemplo, Q235A/B/C/D/E e Q345A/B/C/D/E) e a espessura do produto.

Elemento	Q235 (wt% típico)	Q345 (wt% típico)	Notas
C	0.14–0.22	0.10–0.20	O Q345 geralmente tem um C nominal ligeiramente mais baixo para melhorar a soldabilidade; a resistência é obtida através de Mn e micro-ligação.
Mn	0.30–1.40	1.00–1.60	Maior Mn no Q345 aumenta a resistência à tração e ao escoamento e contribui para a endurecibilidade.
Si	0.10–0.35	0.10–0.50	Si é desoxidante; efeito pequeno na resistência.
P	≤0.045 (típ.)	≤0.035–0.045	P mais baixo nas variantes Q345 melhora a tenacidade.
S	≤0.045 (típ.)	≤0.045	Mantido baixo em ambos para evitar fragilização.
Cr	traço	traço–pequeno (≤0.30)	Pode estar presente em quantidades traço em lotes de Q345.
Ni	traço	traço	Não é um elemento de liga deliberado no Q235/Q345 padrão.
Mo	traço	traço	Mo pode estar presente em variantes micro-ligadas ou lotes especiais.
V, Nb, Ti	traço / micro-ligação não típica no Q235	≤0.05 (micro-ligação)	O Q345 comumente utiliza micro-ligação (Nb, V, Ti) em algumas subclasses para aumentar o escoamento através do refino de grão e endurecimento por precipitação.
B	traço	traço	Muito baixo se presente; pode afetar a endurecibilidade em níveis de ppm.
N	traço	traço	Controlado para influenciar a soldabilidade e a resistência em aços micro-ligados.

Como a liga afeta as propriedades: - O aumento de Mn e a micro-ligação controlada (Nb, V, Ti) no Q345 aumentam a resistência ao escoamento, refinam o tamanho do grão e melhoram a tenacidade sem um aumento proporcional no carbono. - O baixo carbono em ambas as classificações apoia a soldabilidade, enquanto a micro-ligação e o Mn ligeiramente mais alto no Q345 aumentam a endurecibilidade e a resistência ao escoamento. - O enxofre e o fósforo são limitados em ambos para minimizar a fragilidade e melhorar a tenacidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas como laminadas: - Q235: Microestrutura predominantemente de ferrita–pearlita após laminação a quente. O baixo teor de carbono produz uma matriz relativamente macia e dúctil com fortalecimento limitado pela pearlite. - Q345: Ferrita–pearlita com tamanho de grão mais fino e, às vezes, precipitados de micro-liga dispersos (NbC, V(C,N), TiN) que fortalecem por precipitação e refino de grão.

Resposta ao processamento térmico: - Recozimento/normatização: Ambas as classificações respondem à normatização com refino de grão e ajuste modesto de resistência; o Q345 se beneficia mais porque os precipitados de micro-liga controlam o crescimento do grão. - Resfriamento e têmpera: Ambas podem ser resfriadas e temperadas, mas o Q345 é mais suscetível a níveis de resistência mais altos com menos carbono porque a micro-ligação e o Mn aumentam a endurecibilidade. A têmpera pós-resfriamento proporciona um equilíbrio de tenacidade e resistência. - Processamento de controle termo-mecânico (TMCP): Amplamente utilizado para Q345 para alcançar microestrutura de grão fino e melhorar a tenacidade em níveis de liga mais baixos. O Q235 geralmente utiliza laminação a quente convencional com menos benefício do TMCP para resistência.

Implicação: A liga e as rotas de processamento modernas do Q345 permitem maior escoamento com tenacidade comparável, com melhor controle das propriedades em toda a espessura do que o Q235 comum.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela abaixo mostra valores ou intervalos mínimos típicos; os valores exatos dependem da subclasse, espessura e tratamento térmico.

Propriedade	Q235 (típico)	Q345 (típico)
Resistência ao Escoamento (MPa)	~235 (mínimo especificado)	~345 (mínimo especificado)
Resistência à Tração (MPa)	~375–500	~470–630
Alongamento (% em 50 mm)	≥20–26	≥18–22
Tenacidade ao Impacto (Charpy V-notch)	Varia; adequada em ambiente; tenacidade a baixa temperatura limitada, a menos que especificado	Geralmente melhor tenacidade a baixa temperatura em variantes TMCP/Q345; frequentemente especificado a −20 °C
Dureza (HB)	Faixa inferior, depende do produto	Faixa superior, mas ainda moderada (projetada para ser soldável)

Interpretação: - O Q345 é a classificação mais forte em termos de resistência mínima ao escoamento e à tração, devido à estratégia de liga e micro-liga. - O Q235 é geralmente mais dúctil na condição como laminado; o Q345 oferece uma relação favorável de resistência-peso com ductilidade competitiva e tenacidade melhorada quando processado adequadamente. - A tenacidade ao impacto deve ser especificada para serviço a baixa temperatura; variantes Q345 produzidas por TMCP frequentemente exibem tenacidade superior em temperaturas subambientais.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do teor de carbono, equivalente de carbono e presença de elementos de micro-ligação. Índices úteis:

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

• Índice preditivo 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: - O Q235 geralmente tem um $CE_{IIW}$ mais baixo devido ao seu Mn modesto e baixo C; isso resulta em excelente soldabilidade geral com baixos requisitos de pré-aquecimento para seções finas. - O Q345 tem maior Mn e contém elementos de micro-ligação que aumentam ligeiramente o $CE_{IIW}$ e o $P_{cm}$, portanto, o controle de temperatura de pré-aquecimento e interpasso pode ser mais importante para seções mais espessas para evitar trincas a frio e trincas assistidas por hidrogênio. - Elementos de micro-ligação no Q345 aumentam a endurecibilidade localmente; as especificações do procedimento de soldagem (WPS) devem levar em conta a espessura, a entrada de calor e o controle de hidrogênio. - O uso de eletrodos de baixo hidrogênio, entrada de calor controlada e tratamento térmico de pré-aquecimento/pós-soldagem (PWHT) onde necessário manterá a integridade da solda para ambas as classificações.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, Q235 ou Q345, é aço inoxidável; a resistência à corrosão é a de aço carbono comum de baixa liga.
• Métodos comuns de proteção: galvanização a quente, eletrogalvanização, revestimentos orgânicos (tintas, revestimentos em pó) e reservas de corrosão no projeto.
• Para exposições atmosféricas ou químicas leves, a galvanização mais pintura é a prática usual.

PREN (para ligas inoxidáveis) não é aplicável a esses aços estruturais não inoxidáveis, mas para completude: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice não é significativo para Q235/Q345 porque os níveis de Cr, Mo e N são muito baixos para conferir resistência à corrosão passiva.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade: O Q235 é mais conformável para dobra a frio, formação a rolo e estampagem profunda devido à sua menor resistência e maior ductilidade. Para dobras de raio apertado ou conformação extensa, o Q235 requer menos força e apresenta menos problemas de retorno elástico.
• Maquinabilidade: Ambos são razoavelmente usináveis; o Q345 de maior resistência pode reduzir a vida útil da ferramenta e exigir forças de corte ligeiramente mais altas. A maquinabilidade também depende do teor de enxofre (as classificações de corte livre diferem).
• Corte e perfuração: O Q235 tende a ser mais fácil de cortar e perfurar. O Q345 pode exigir ferramentas mais robustas e forças mais altas, mas ainda pode ser processado usando equipamentos de fabricação padrão.
• Acabamento de superfície: Ambos aceitam acabamento convencional; o pré-tratamento para galvanização e revestimento é o mesmo.

8. Aplicações Típicas

Aplicações Q235	Aplicações Q345
Seções estruturais gerais (ângulos, canais, vigas I) em edifícios onde a ductilidade e o baixo custo dominam	Componentes estruturais que requerem maior escoamento ou redução da espessura da seção para a mesma carga (pontes, guindastes, equipamentos pesados)
Fabricação leve, quadros, suportes, trabalho em chapa geral	Quadros de pressão, estruturas soldadas pesadas, plataformas offshore (onde maior resistência e tenacidade são necessárias)
Tubos para sistemas de água de baixa pressão, guardrails, cercas	Estruturas soldadas sujeitas a cargas estáticas ou dinâmicas mais altas; bases de máquinas e acessórios de elevação pesada
Componentes onde conformação ou fabricação extensiva é necessária e a sensibilidade ao custo é alta	Aplicações que otimizam peso-resistência, ou onde seções mais espessas ainda devem atender a critérios de tenacidade

Racional de seleção: - Escolha Q235 para membros estruturais e peças fabricadas simples onde custo e conformabilidade são os principais fatores. - Escolha Q345 quando maiores tensões permitidas, redução da espessura da seção ou tenacidade melhorada a um custo adicional modesto forem necessárias.

9. Custo e Disponibilidade

• O Q235 é geralmente menos caro por tonelada do que o Q345 devido à química mais simples e menores requisitos de controle de processamento.
• O Q345 custa mais devido ao controle químico mais rigoroso, adições de micro-liga e processamento mais avançado (TMCP) para propriedades consistentes.
• Disponibilidade: Ambas as classificações estão amplamente disponíveis em formas de chapa, bobina, barra e seção; o Q235 é onipresente para estoque estrutural de commodities, enquanto o Q345 pode precisar de especificação para certas subclasses ou espessuras em alguns mercados.
• Dica de aquisição: Especifique a subclasse exata, intervalo de espessura e propriedades mecânicas/impacto necessárias para evitar confusão e garantir preços e prazos de entrega previsíveis.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Atributo	Q235	Q345
Soldabilidade	Excelente; geralmente tolerante	Muito boa, mas pode exigir controle adicional de pré-aquecimento em seções grossas
Resistência–Tenacidade	Resistência moderada, alta ductilidade	Maior resistência ao escoamento e à tração com boa tenacidade (especialmente TMCP)
Custo	Mais baixo	Mais alto
Conformabilidade	Melhor para conformação severa	Adequada, mas requer mais força/ferramentas

Recomendações finais: - Escolha Q235 se: seu projeto prioriza a relação custo-benefício e conformação a frio extensa ou fabricação soldada simples para aplicações estruturais em temperatura ambiente onde os níveis de escoamento padrão (~235 MPa) são adequados. - Escolha Q345 se: você precisar de maior resistência ao escoamento e à tração para reduzir a espessura da seção ou peso, exigir tenacidade melhorada (especialmente em temperaturas subambientais), ou estiver especificando estruturas soldadas que se beneficiam da micro-ligação HSLA e chapa processada por TMCP.

Nota final: Sempre faça referência à subclasse padrão específica (por exemplo, Q235B vs Q345C) e aos certificados mecânicos/propriedades exigidos ao redigir especificações de aquisição. Para aplicações soldadas, grossas ou a baixa temperatura, inclua requisitos explícitos para energia de impacto Charpy, tratamento térmico e qualificações de procedimento de soldagem para garantir que a classificação escolhida atenda às demandas em serviço.