Q235A vs Q235B – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Q235A e Q235B são dois graus comumente especificados da família Q235 de aços estruturais de carbono sob a norma chinesa GB/T 700. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente escolhem entre eles para componentes estruturais, chapas e seções laminadas onde a resistência básica, soldabilidade e custo são importantes. Cenários típicos de seleção equilibram soldabilidade e facilidade de conformação contra tenacidade de entalhe e adequação para serviço em temperaturas mais baixas.
A principal distinção prática entre esses dois graus é o controle de tenacidade e a prática de fabricação de aço associada: um grau é produzido e fornecido sem um requisito imposto de impacto a baixa temperatura e, portanto, pode ser fabricado com práticas de desoxidação/controle de oxigênio menos rigorosas; o outro é especificado para demonstrar uma energia de impacto mínima a uma temperatura definida, o que impulsiona tanto o controle de fusão/desoxidação quanto a inspeção. Devido a essa diferença, o Q235B é geralmente tratado para alcançar uma tenacidade mais consistente do que o Q235A e é preferido onde a resistência ao impacto é necessária.
1. Normas e Designações
- Principais normas e referências cruzadas:
- GB/T 700 — norma nacional chinesa para aço estrutural de baixo carbono laminado a quente (define a série Q235).
- Analogias internacionais comuns para entendimento geral: ASTM A36 (estrutural), EN S235 (aços estruturais), JIS G3101 SS400 (Japão). Nota: estes são equivalentes funcionais aproximados, não correspondências diretas de identidade química/mecânica.
- Classificação do material:
- Q235A e Q235B são aços estruturais de baixo carbono simples (aços de carbono não-ligados). Eles não são inoxidáveis nem HSLA no sentido moderno de alta resistência e baixo teor de liga, nem aços para ferramentas.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | Controle típico (orientação GB/T 700; consulte o certificado do moinho) |
|---|---|
| C (carbono) | ≤ 0.22 (teor nominal de baixo carbono; principal contribuinte para a resistência) |
| Mn (manganês) | ≤ 1.40 (ajuda à resistência e desoxidação; limites para comportamento frágil) |
| Si (silício) | pequeno (desoxidante; traço típico de algumas décimas de porcentagem) |
| P (fósforo) | ≤ 0.045 (impureza—mantida baixa para evitar fragilização) |
| S (enxofre) | ≤ 0.045 (impureza—controlada para preservar tenacidade e usinabilidade) |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Não intencionalmente ligados nos graus padrão Q235; geralmente presentes apenas como resíduos traço (específicos do moinho) |
| N (nitrogênio) | Controlado em níveis baixos; não é um elemento de liga deliberado |
Notas: - A família Q235 é projetada para ser um aço estrutural de baixo carbono e baixa liga. A liga é deliberadamente mínima para manter o custo baixo e preservar boa soldabilidade e conformabilidade. - A presença de manganês e silício em níveis controlados apoia a resistência à tração e a desoxidação. Microligação (V, Nb, Ti) não é uma característica do Q235—se presente em material comercial, geralmente está em níveis residuais. - Para qualquer projeto, sempre confirme o certificado químico real do moinho, pois os valores variam com a forma do produto e o produtor.
Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade à medida que o teor aumenta; o baixo carbono do Q235 mantém um bom equilíbrio. - O manganês aumenta a temperabilidade e a resistência à tração, mas o excesso de Mn pode aumentar a suscetibilidade a trincas. - Desoxidantes (Si, Al, Mn) e a rota de desoxidação (laminado, semi-morto, morto) influenciam a população de inclusões e a porosidade interna; estes, por sua vez, influenciam a tenacidade ao impacto e o desempenho de soldagem.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura típica: Aços Q235 laminados produzem uma matriz predominantemente ferrítica com ferrita poligonal e alguma perlita, refletindo seu baixo teor de carbono. A microestrutura é tolerante a operações comuns de conformação a frio e soldagem.
- Efeitos do processamento:
- Normalização: Produz uma estrutura de ferrita-perlita mais uniforme, refinando modestamente o tamanho do grão e melhorando a consistência da tenacidade. Não é comumente exigido para o Q235 padrão.
- Resfriamento e tempera: Não é típico ou econômico para Q235; esses aços não são projetados para tratamento térmico para aumentar a resistência.
- Processamento termo-mecânico: Laminação controlada e resfriamento acelerado podem refinar a estrutura do grão e aumentar a tenacidade; tais abordagens deslocam o material em direção a famílias de aços estruturais de maior resistência, não sendo prática típica do Q235.
- Implicações microestruturais específicas do grau:
- Q235A: Com requisitos de tenacidade mais frouxos e potencialmente menos rigorosos em desoxidação, pode exibir mais variação no conteúdo de inclusões e tenacidade localizada.
- Q235B: Produzido para atender a um requisito de energia de impacto a 0°C, portanto, os moinhos geralmente empregam práticas de desoxidação ou baixo oxigênio e controle de processo para alcançar uma microestrutura consistente e menos defeitos prejudiciais, resultando em melhor tenacidade de entalhe.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade | Q235A (típico) | Q235B (típico) |
|---|---|---|
| Resistência ao escoamento (nominal) | 235 MPa (base de projeto para o nome do grau) | 235 MPa |
| Resistência à tração (típica) | ~370–500 MPa (depende da espessura/processo) | ~370–500 MPa (faixa semelhante) |
| Alongamento (A%) | ~20–26% (varia com a espessura) | ~20–26% (semelhante ou ligeiramente melhor em baixa temperatura) |
| Tenacidade ao impacto | Não especificado pela norma para A; varia por moinho | Especificado a 0°C (comumente um mínimo de Charpy V-notch, e.g., ~27 J) |
| Dureza | Faixa típica de dureza de aço macio; não é uma especificação primária | Semelhante ao Q235A sob processamento semelhante |
Explicação: - Ambos os graus têm o mesmo alvo nominal de resistência ao escoamento (235 MPa). A resistência à tração e o alongamento são fortemente afetados pela espessura e práticas de laminação, em vez do sufixo A/B sozinho. - O Q235B é exigido para atender a uma energia de impacto mínima a uma temperatura especificada (comumente 0°C). Esse requisito de teste faz com que o material Q235B tenha uma tenacidade de entalhe mais consistente do que o Q235A. - O Q235A pode ser mecanicamente equivalente em carga estática, mas é menos controlado para resistência ao impacto a baixa temperatura.
5. Soldabilidade
A soldabilidade para aços de baixo carbono é geralmente boa; tanto o Q235A quanto o Q235B são considerados facilmente soldáveis com metais de adição padrão e processos de soldagem comuns. Considerações-chave:
- O teor de carbono é baixo (C ≤ 0.22), o que favorece boa soldabilidade e baixos requisitos de pré-aquecimento para espessuras típicas.
- A temperabilidade é baixa; portanto, o risco de zonas afetadas pelo calor duras e frágeis é limitado em comparação com aços de maior carbono.
- A desoxidação e os resíduos influenciam a absorção de hidrogênio e o conteúdo de inclusões; os controles de produção do Q235B para atender aos testes de impacto tendem a reduzir o tamanho das inclusões e defeitos relacionados ao oxigênio, o que pode melhorar significativamente a soldabilidade em termos de resistência a trincas e tenacidade da ZAT.
Índices de soldabilidade úteis (interprete qualitativamente): - Equivalente de carbono para IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Um $CE_{IIW}$ mais baixo implica soldabilidade mais fácil com menor necessidade de pré-aquecimento/pós-aquecimento. - Parâmetro internacional $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - O $P_{cm}$ é usado para avaliar a suscetibilidade a trincas a frio; os graus típicos de Q235 dão valores baixos e não são propensos a trincas a frio assistidas por hidrogênio sob práticas normais.
Interpretação: Ambos os graus geralmente apresentam baixos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ porque são de baixo carbono e minimamente ligados. O menor oxigênio residual do Q235B e as inclusões menores podem resultar em tenacidade da ZAT ligeiramente melhor e menor suscetibilidade à fragilidade induzida pela soldagem, particularmente em serviço restrito ou a baixa temperatura.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Q235A e Q235B são aços de carbono simples (não inoxidáveis). Eles dependem de revestimentos e medidas de design para proteção contra corrosão.
- Estratégias de proteção típicas:
- Galvanização a quente para exposição externa a longo prazo.
- Pinturas e primers protetores (epóxi, poliuretano) em ambientes industriais.
- Tratamentos de superfície (laminados a frio/jateamento) para melhorar a adesão do revestimento.
- Índices de corrosão de aço inoxidável, como PREN, não são aplicáveis aos graus Q235 porque contêm cromo, molibdênio ou nitrogênio desprezíveis para formação de filme passivo. $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Esse índice é relevante apenas para ligas inoxidáveis e, portanto, não é significativo para o Q235.
7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade
- Conformabilidade: O baixo teor de carbono e uma matriz ferrítica dúctil tornam ambos os graus fáceis de dobrar, laminar e conformar para chapas e seções. A melhor tenacidade de entalhe do Q235B pode reduzir o risco de trincas nas bordas ao conformar raios apertados ou ao trabalhar em temperaturas mais baixas.
- Usinabilidade: Os aços Q235 usinam bem com ferramentas padrão; as classificações de usinabilidade variam pouco entre A e B, a menos que elementos residuais específicos estejam presentes. As velocidades e avanços de corte devem corresponder à prática de aço macio.
- Acabamento: A qualidade da superfície é governada pela laminação e decapagem. As práticas de produção do Q235B para atender aos testes de impacto podem resultar em uma sonoridade interna e consistência de superfície marginalmente melhores para soldagem e acabamento.
8. Aplicações Típicas
| Q235A – Usos Típicos | Q235B – Usos Típicos |
|---|---|
| Componentes estruturais gerais onde o risco de impacto é baixo: suportes não críticos, estruturas, seções de edifícios, peças de máquinas leves | Membros estruturais que requerem tenacidade mínima a baixa temperatura ou onde testes de impacto são especificados: certos componentes de pontes, guard rails, estruturas soldadas expostas a climas mais frios |
| Chapas e placas para fabricação onde o custo é o principal motor e a exposição ao impacto é limitada | Montagens estruturais soldadas onde a tenacidade de entalhe previsível é importante (engenheiros especificadores exigem material testado) |
| Seções e perfis laminados de baixo custo para uso geral | Placas e perfis estruturais onde o comprador exige aceitação de Charpy V-notch a 0°C |
Racional de seleção: - Escolha Q235A onde custo e disponibilidade dominam e as condições de serviço não impõem requisitos de impacto a baixa temperatura. - Escolha Q235B onde o código ou a aplicação requer um nível de energia de impacto demonstrado (comumente a 0°C) ou onde uma tenacidade melhor é desejada devido a potencial impacto ou estresse de entalhe.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: Ambos os graus têm preços econômicos em comparação com aços de liga. O Q235A é tipicamente o menos caro porque evita o processamento e testes adicionais necessários para garantir o desempenho de impacto. O Q235B tem um pequeno prêmio para refletir a desoxidação controlada, processamento e testes de impacto.
- Disponibilidade por forma de produto: Chapas, bobinas laminadas a quente, folhas e seções estruturais em Q235 estão amplamente disponíveis de fornecedores nacionais e internacionais. O Q235B pode ser ligeiramente menos ubíquo em algumas espessuras ou acabamentos de produto devido a restrições de teste, mas continua facilmente obtido de grandes moinhos.
- Prazos de entrega: Testes e certificação adicionais para o Q235B podem adicionar um pequeno prazo em comparação com o Q235A—leve isso em consideração nos cronogramas de compras quando a certificação de impacto for necessária.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | Q235A | Q235B |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Excelente (baixo carbono padrão) | Excelente; tenacidade da ZAT ligeiramente melhorada devido à prática de desoxidação |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Bom para uso geral; propriedades estáticas consistentes | Tenacidade de entalhe melhor controlada; mesma resistência nominal |
| Custo | Mais baixo (menos controles/processos) | Prêmio moderado por testes e processamento |
Recomendações: - Escolha Q235A se sua aplicação for trabalho estrutural geral onde resistência ao impacto a baixa temperatura não é necessária, você precisa do material mais econômico e soldabilidade e conformabilidade padrão são suficientes. - Escolha Q235B se o projeto ou código exigir energia de impacto mínima a aproximadamente 0°C ou quando você quiser uma garantia mais rigorosa de tenacidade de entalhe e sonoridade interna (para estruturas soldadas, componentes sujeitos a impacto moderado ou serviço em climas mais frios).
Nota final: Q235A e Q235B compartilham a mesma química base e nível de resistência nominal, mas diferem na verificação de tenacidade e controles de fabricação de aço associados. Sempre especifique a temperatura e energia do teste de impacto requeridas (ou aceite a certificação do fornecedor) e confirme os relatórios de testes químicos e mecânicos do moinho antes da compra ou fabricação crítica.