Q235B vs Q235C – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Q235 é uma família de aços estruturais de baixo carbono de padrão chinês amplamente utilizados em engenharia geral e construção. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente decidem entre subcategorias como Q235B e Q235C ao equilibrar custo, soldabilidade e tenacidade em serviço. Os contextos típicos de decisão incluem componentes estruturais soldados, estruturas de máquinas e peças expostas a serviços de baixa temperatura ou propensas a impactos.
A principal distinção prática entre Q235B e Q235C é o nível exigido de tenacidade ao impacto sob condições de teste especificadas: Q235C é classificado para maior resistência ao impacto do que Q235B e é comumente selecionado onde é necessária uma tenacidade melhorada ou desempenho em temperaturas mais baixas. Quimicamente, ambas as classificações são muito semelhantes; a diferenciação é principalmente em testes e qualificação (e às vezes controle de processo) para alcançar essa tenacidade.
1. Normas e Designações
- Padrão chinês: GB/T 700 — a família Q235 é definida aqui. As subcategorias A, B, C, D, E indicam requisitos de teste de impacto progressivamente mais rigorosos e/ou diferentes temperaturas de teste permitidas e controles de processo.
- Equivalentes internacionais/especificações relacionadas:
- ASTM/ASME: não há equivalente direto um a um, mas Q235 é frequentemente comparado com ASTM A36 (aço carbono estrutural) em propriedades mecânicas e aplicações.
- EN (Europa): uso semelhante aos aços estruturais S235, mas existem diferenças composicionais e de teste.
- JIS (Japão): não há equivalente direto um a um; o uso e a categorização diferem.
- Classificação de material: as variantes Q235 são aços estruturais de carbono simples (não inoxidáveis, não ligas no sentido de alta liga, não HSLA pelas definições modernas estritas). Eles são usados como aço estrutural de carbono de uso geral.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | Faixa típica / comentário (família Q235) |
|---|---|
| C (carbono) | ≤ 0,22% (controla resistência e soldabilidade) |
| Mn (manganês) | ≤ 1,40% (resistência, endurecibilidade, desoxidação) |
| Si (silício) | ≤ 0,35% (desoxidante; efeito de resistência menor) |
| P (fósforo) | ≤ 0,035% (controle de impurezas; afeta a tenacidade) |
| S (enxofre) | ≤ 0,035% (controle de impurezas; usinabilidade) |
| Cr (cromo) | Não especificado ou traço (tipicamente ≤ 0,30% residual) |
| Ni (níquel) | Não especificado ou traço (tipicamente ≤ 0,30% residual) |
| Mo (molibdênio) | Não especificado ou traço |
| V, Nb, Ti, B | Microligação não típica para Q235; geralmente ausente ou em níveis de traço |
| N (nitrogênio) | Residual; controlado para evitar fragilização |
Notas: - Q235B e Q235C compartilham essencialmente os mesmos limites de composição química sob GB/T 700; as principais diferenças estão nos testes de impacto e qualificação de processo para garantir a tenacidade. Elementos residuais menores ou microligação intencional não são padrão para Q235, mas podem aparecer em produtos variantes ou proprietários. - Estratégia de liga: Q235 é uma estratégia de baixo carbono que prioriza soldabilidade e conformabilidade em vez de aumentos de resistência provenientes da liga. O baixo carbono mantém o equivalente de carbono baixo, melhorando a soldabilidade e minimizando a endurecibilidade.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura: - Os aços Q235 laminados normalmente apresentam uma microestrutura de ferrita–pearlita: uma matriz ferrítica macia com ilhas de perlita controlando a resistência. - O equilíbrio de ferrita e perlita e o tamanho do grão dependem do cronograma de laminação, taxa de resfriamento e qualquer processamento termo-mecânico.
Resposta ao tratamento térmico: - As classificações Q235 são fornecidas principalmente em condições laminadas a quente ou normalizadas. Elas não são projetadas para endurecimento significativo por resfriamento e têmpera, pois sua química e tamanhos de seção limitam a endurecibilidade. - A normalização pode refinar ligeiramente o tamanho do grão e homogeneizar a microestrutura, melhorando modestamente a tenacidade. - O resfriamento e a têmpera geralmente não são aplicados ao Q235 para produção rotineira, pois o baixo carbono e a falta de elementos de liga limitam a dureza alcançável e podem ser economicamente inviáveis; em vez disso, aços de maior resistência são selecionados quando propriedades de resfriamento/têmpera são necessárias. - Variantes de processamento controlado termo-mecânico (TMCP) podem ser oferecidas por alguns moinhos para melhorar a tenacidade e refinar a microestrutura sem mudanças químicas; tais rotas de processo podem proporcionar tenacidade da classe Q235C sem alterar a composição.
Comparação: - Microestruturalmente, o Q235C tende a passar por controle de processo adicional ou temperaturas finais de laminação/resfriamento mais baixas para alcançar uma ferrita–pearlita de grão mais fino e melhor desempenho ao impacto em relação ao Q235B padrão. As fases base permanecem ferrita e perlita em ambas as classificações.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade | Q235B (típico) | Q235C (típico) | Notas |
|---|---|---|---|
| Resistência ao escoamento (Rp0.2 / ReH) | ≈ 235 MPa (resistência de projeto) | ≈ 235 MPa | A designação “235” denota o nível mínimo nominal de escoamento |
| Resistência à tração | ~370–500 MPa | ~370–500 MPa | A faixa de tração depende da espessura e da prática do moinho; semelhante para ambas as classificações |
| Alongamento (A) | ≥ ~20–26% (dependente da espessura) | ≥ ~20–26% | Ductilidade comparável; o Q235C pode mostrar um alongamento ligeiramente melhor em algumas entregas do moinho |
| Tenacidade ao impacto (qualitativa) | Atende aos requisitos de impacto da classe B | Atende aos requisitos de impacto mais rigorosos da classe C | O Q235C é especificado e testado para maior energia de impacto a uma determinada temperatura |
| Dureza | ~120–160 HB (típico, laminado a quente) | ~120–160 HB | Dureza semelhante; resultado da química de baixo carbono |
Interpretação: - A resistência (escoamento/tração) é essencialmente a mesma: ambos são aços de escoamento nominal de 235 MPa. A diferenciação mecânica prática reside na tenacidade ao impacto sob condições de teste especificadas—o Q235C é controlado para um requisito de tenacidade mais alto. - A ductilidade e a dureza se sobrepõem significativamente; o controle de processo e a espessura afetam os valores mais do que a letra da subcategoria em muitos casos.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é favorável para a família Q235 devido ao baixo teor de carbono e ao baixo equivalente de carbono (CE). O uso de fórmulas de equivalente de carbono ajuda a avaliar o risco de trincas a frio e os requisitos de pré-aquecimento.
Índices de soldabilidade comuns: - Instituto Internacional de Soldagem equivalente de carbono: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm mais abrangente: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Para ambos Q235B e Q235C, $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ são tipicamente baixos devido a C e elementos de liga limitados, indicando boa soldabilidade com metais de adição convencionais e procedimentos padrão. - O requisito de tenacidade mais alto do Q235C não aumenta significativamente o teor de carbono; no entanto, as etapas de processo usadas para garantir a tenacidade (por exemplo, grão mais fino, inclusões reduzidas) podem influenciar a endurecibilidade local. Na prática, os procedimentos de soldagem do Q235C são semelhantes aos do Q235B, mas os engenheiros podem aplicar controles de pré-aquecimento ou interpasso ligeiramente mais conservadores ao soldar seções mais grossas ou onde a tenacidade ao impacto na HAZ deve ser preservada. - Sempre realize a qualificação soldada e considere o design da junta, consumíveis de soldagem e necessidades de tratamento térmico pós-soldagem para estruturas críticas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- As classificações Q235 são aços de carbono simples e não são resistentes à corrosão como os aços inoxidáveis. Eles requerem proteção de superfície para aplicações expostas.
- Estratégias de proteção comuns:
- Galvanização a quente para proteção atmosférica de longo prazo.
- Revestimentos orgânicos (tintas, revestimentos em pó) para ambientes arquitetônicos ou brandos.
- Óleo ou revestimentos temporários para proteção de curto prazo durante armazenamento/transporte.
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) não é aplicável ao Q235 porque o PREN é usado para avaliar aços inoxidáveis austeníticos: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Para membros da família Q235, as margens de corrosão, especificação do sistema de revestimento e planos de inspeção são os controles de design adequados, em vez da química da liga.
7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade
- Conformabilidade: Excelente conformabilidade e dobra a frio são típicas para os aços Q235 devido ao baixo carbono e microestrutura uniforme de ferrita–pearlita. O retorno elástico e o afinamento seguem os padrões usuais de aço de baixo carbono; os procedimentos de prensa aplicados ao aço brando são válidos.
- Usinabilidade: O Q235 se comporta como aços brandos comuns; a usinabilidade é moderada. Versões com maior teor de enxofre (não padrão no Q235) melhoram a quebra de cavacos, mas podem reduzir a tenacidade.
- Corte/láser/plasma: Processos de corte e térmicos padrão são facilmente aplicados; as zonas afetadas pelo calor são facilmente controladas.
- Diferenças entre Q235B e Q235C: mínimas para conformação e usinagem. A microestrutura mais resistente do Q235C pode melhorar a resistência à fratura frágil durante operações de conformação, particularmente em temperaturas mais baixas.
8. Aplicações Típicas
| Q235B — Usos típicos | Q235C — Usos típicos |
|---|---|
| Membros estruturais gerais (vigas, canais, chapas) para edifícios e engenharia geral | Membros e componentes estruturais destinados a um pouco mais de tenacidade ou serviço em temperaturas mais baixas (estruturas, chassis, componentes para climas mais frios) |
| Estruturas de máquinas fabricadas, montagens soldadas, tanques em temperatura ambiente | Estruturas soldadas com carga de impacto esperada ou onde testes de qualificação exigem maior tenacidade |
| Seções formadas a frio, tubos soldados circulares, fabricação geral | Componentes onde o desempenho de impacto testado em moinho (nível da classe C) fornece garantia adicional para cargas dinâmicas ou de choque |
| Equipamentos agrícolas, peças de máquinas não críticas | Material para contratantes que especificam estoque testado ao impacto para maior resiliência em serviço |
Racional de seleção: - Escolha Q235B para aplicações estruturais padrão onde o desempenho em temperatura ambiente, facilidade de aquisição e custo-efetividade são prioridades. - Escolha Q235C para itens que devem demonstrar maior energia de impacto ou que provavelmente verão cargas dinâmicas ou condições de temperatura mais baixa que se aproximam dos limites de teste da especificação.
9. Custo e Disponibilidade
- Q235B é a subcategoria mais comum e amplamente disponível; geralmente é a opção de menor custo dentro da família Q235 porque é produzido de acordo com a prática padrão de laminação a quente sem qualificação adicional de tenacidade.
- Q235C pode ter um pequeno prêmio refletindo controle de processo adicional, testes ou critérios de seleção exigidos pelos moinhos para atender a requisitos de energia de impacto mais altos.
- Disponibilidade por forma de produto: ambas as classificações estão amplamente disponíveis como chapas laminadas a quente, bobinas, seções estruturais e tubos soldáveis. Especificar Q235C pode, às vezes, levar a prazos de entrega mais longos se os moinhos precisarem realizar testes de impacto adicionais ou produzir tratamentos termo-mecânicos específicos.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | Q235B | Q235C |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Excelente (baixo CE) | Excelente (baixo CE); procedimentos semelhantes; pode exigir controle cuidadoso da HAZ em soldagens críticas |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Tenacidade estrutural padrão | Tenacidade ao impacto aprimorada em condições de especificação (maior garantia contra fratura frágil) |
| Custo | Mais baixo / mais econômico | Levemente mais alto (prêmio de teste/processamento) |
Recomendação: - Escolha Q235B se você precisar de um aço estrutural econômico e amplamente disponível para componentes soldados e conformados em temperatura ambiente onde o desempenho de impacto padrão é adequado. - Escolha Q235C se a peça estiver exposta a cargas de impacto, temperaturas de serviço mais baixas ou certificação de impacto exigida contratualmente; especifique Q235C quando uma tenacidade garantida mais alta for importante, mesmo que a composição química permaneça essencialmente a mesma.
Nota final: Para estruturas críticas, sempre revise o certificado de teste completo do moinho, especifique a temperatura e energia do teste de impacto exigidas e confirme as qualificações do procedimento de soldagem e a inspeção pós-fabricação para garantir que o material entregue atenda aos requisitos do projeto.