Q235NH vs SPA-H – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam o trade-off entre custo, soldabilidade e desempenho ao selecionar aços carbono para vasos de pressão, caldeiras ou fabricados estruturais. Q235NH e SPA-H são duas classes comumente especificadas nas cadeias de suprimento da Ásia Oriental e internacional; ambas são aços de baixo carbono/baixo liga destinados a equipamentos de pressão soldados e uso estrutural geral, mas surgem de diferentes sistemas de normas nacionais e filosofias de produção.

A principal distinção é que o Q235NH é especificado sob normas nacionais chinesas para aço carbono comum normalizado, capaz de vasos de pressão, enquanto o SPA-H é uma classe de aço para caldeiras/vasos de pressão no estilo japonês com suas próprias expectativas químicas e de condições de entrega. Como os dois estoques são produzidos de acordo com normas diferentes, eles são frequentemente comparados em discussões de compras e engenharia para determinar a melhor adequação para necessidades de resistência, tenacidade, soldabilidade e proteção de superfície.

1. Normas e Designações

• Q235NH
• Origem: família de normas nacionais chinesas (GB).
• Referências típicas de normas: GB/T 1591 (para aços de vasos de pressão e classes normalizadas) e GB/T 700 (para designação de aço estrutural geral Q235).

• Categoria: Aço estrutural carbono/baixo liga destinado ao serviço de vasos de pressão; entregue em condição normalizada ou processada termomecanicamente, onde o sufixo "NH" indica normalizado e melhorado em tenacidade de impacto para equipamentos de pressão.

• SPA-H

• Origem: normas industriais japonesas (frequentemente vistas em especificações da indústria JIS/G ou equivalentes para placas de caldeiras e vasos de pressão).
• Referências típicas de normas: normas japonesas de placas de caldeiras/vasos de pressão (JIS G3115 ou especificações domésticas numeradas de forma semelhante — note que a nomenclatura varia por fornecedor e normas históricas).
• Categoria: Aço carbono para caldeiras e vasos de pressão; destinado a atender requisitos mais elevados de qualidade de placa e tenacidade para vasos soldados.

Resumo da classificação: - Ambos são aços carbono/baixo liga comuns (não inoxidáveis, não aços para ferramentas, não HSLA no sentido de liga de alta resistência). As variantes SPA-H podem ser produzidas com controle mais rigoroso sobre impurezas e com testes de condição de entrega ligeiramente diferentes em comparação com o Q235NH.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

As duas classes são aços de baixo carbono com pequenas quantidades de liga e controle de impurezas para atender aos requisitos de tenacidade e soldabilidade. A tabela a seguir apresenta faixas de composição representativas expressas como valores típicos ou máximos comumente usados na prática. Esses números são representativos; sempre confirme com o certificado do moinho para testes de aceitação de lotes específicos.

Elemento	Q235NH (representativo)	SPA-H (representativo)
C (carbono)	~0.12–0.22 % (máx ~0.22)	~0.10–0.18 % (máx típico ~0.18)
Mn (manganês)	~0.30–0.80 %	~0.30–1.00 %
Si (silício)	~0.02–0.30 %	~0.01–0.35 %
P (fósforo)	≤ 0.035 % (controlado)	≤ 0.025–0.035 % (rigorosamente controlado)
S (enxofre)	≤ 0.035 % (controlado)	≤ 0.035 % (controlado)
Cr (cromo)	traço – até 0.30 % (se presente)	traço – até 0.30 %
Ni (níquel)	traço (tipicamente não adicionado)	traço (tipicamente não adicionado)
Mo (molibdênio)	geralmente não adicionado; apenas traço	geralmente não adicionado; apenas traço
V, Nb, Ti (microligas)	raramente adicionadas para Q235NH (não típico)	pode incluir microligas em traço em alguns derivados de SPA-H
B, N	traço; N frequentemente controlado	traço; N frequentemente controlado

Como a liga afeta o desempenho: - O carbono é o principal elemento determinante da resistência; menor teor de carbono melhora a soldabilidade e a tenacidade em detrimento de alguma resistência. - O manganês aumenta a endurecibilidade e a resistência à tração e contrabalança os efeitos de fragilização por enxofre (formação de MnS). - O silício em baixos níveis é um desoxidante e aumenta ligeiramente a resistência. - O controle rigoroso de P e S é vital para a tenacidade de entalhe e integridade da solda; os aços para vasos de pressão frequentemente especificam máximos mais baixos do que os aços estruturais genéricos. - As variantes SPA-H às vezes enfatizam um controle mais rigoroso de impurezas e, em algumas formulações de fornecedores, adições controladas de microligas para ajustar resistência e tenacidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Q235NH: Entregue normalizado (sufixo NH), a microestrutura é uma mistura de ferrita–perlita de grão fino produzida por reaquecimento e resfriamento ao ar (normalização). Isso refina o tamanho do grão de austenita anterior e melhora a tenacidade de impacto em relação à chapa laminada a quente. - SPA-H: Tipicamente entregue em condição normalizada ou normalizada e temperada com atenção à uniformidade e limpeza. A microestrutura também é ferrita–perlita, mas com dispersões potencialmente mais finas, dependendo da prática de laminação e resfriamento e de qualquer microliga.

Efeitos do tratamento térmico e processamento termomecânico: - Normalização (ambas as classes): Refina o tamanho do grão, melhora a uniformidade e aumenta a tenacidade em níveis de resistência semelhantes. A normalização é a rota padrão para ambas as classes quando especificadas para serviço de vasos de pressão. - Resfriamento e tempera: Não é típico para Q235NH ou SPA-H porque essas classes são destinadas a aços soldáveis de baixa a moderada resistência; resfriamento e tempera os colocaria em categorias diferentes (aços de liga de alta resistência). - Processamento controlado termomecânico (TMCP): Algumas placas modernas são fabricadas por TMCP para alcançar um melhor equilíbrio entre resistência e tenacidade sem adições excessivas de carbono ou microligas. Placas SPA-H de certos moinhos podem ser produzidas com TMCP para atender a requisitos de tenacidade rigorosos com menor teor de liga.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela a seguir fornece bandas típicas de propriedades mecânicas comumente usadas como critérios de aceitação para essas classes; os valores contratuais reais devem ser retirados da norma aplicável ou do relatório de teste do moinho.

Propriedade	Q235NH (aceitação típica)	SPA-H (aceitação típica)
Resistência à tração (Rm)	~370–500 MPa (varia por espessura)	~380–520 MPa (varia por especificação e espessura)
Resistência ao escoamento (Rp0.2 ou ReL)	Nominalmente ~235 MPa (designação Q235)	Tipicamente um pouco mais alta que Q235NH em algumas especificações de SPA-H; depende da espessura da chapa
Alongamento (A%)	≥ 20% (depende da espessura)	≥ 18–22% (depende da espessura e especificação)
Tenacidade de impacto (Charpy V-notch)	Mínimos especificados a uma temperatura dada (por exemplo, 27 J a uma temperatura especificada)	Frequentemente requer mínimos CVN semelhantes ou mais rigorosos e/ou temperaturas de teste mais baixas
Dureza (HB)	Tipicamente baixa (macia) — por exemplo, faixa HB 120–200 dependendo do aço e da espessura	Faixa semelhante; SPA-H pode ser controlado para dureza ligeiramente mais baixa para melhor tenacidade

Interpretação: - O Q235NH é projetado em torno de uma resistência ao escoamento nominal de 235 MPa (daí o "235"). As variantes SPA-H são geralmente especificadas com faixas de tração semelhantes, mas podem ser produzidas com tenacidade mais rigorosa ou resistência ligeiramente maior, dependendo da especificação JIS ou do fornecedor exato. - A tenacidade (energia de impacto a uma temperatura especificada) é fortemente influenciada pela composição (P, S, N), tamanho do grão (da normalização) e espessura da chapa. As variantes SPA-H às vezes enfatizam requisitos de impacto mais rigorosos para caldeiras de serviço em temperaturas mais frias.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do teor de carbono, elementos de endurecimento (Mn, Cr, Mo, V) e controle de impurezas. Dois índices empíricos comumente usados para avaliar a soldabilidade são mostrados abaixo.

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

• Equivalente de carbono internacional (Pcm) usado em alguns códigos: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Como tanto o Q235NH quanto o SPA-H são aços de baixo carbono, os valores calculados de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ serão geralmente baixos, indicando boa soldabilidade com metais de adição convencionais e práticas moderadas de pré-aquecimento. - O teor de carbono ligeiramente mais alto do Q235NH (em relação a algumas formulações de SPA-H) pode aumentar a necessidade de pré-aquecimento em seções mais espessas ou ao usar procedimentos de alta entrada de calor. O controle mais rigoroso de impurezas do SPA-H e a condição de produção frequentemente resultam em tenacidade marginalmente melhor após a soldagem e menor suscetibilidade a trincas a frio induzidas por hidrogênio. - A microliga (se presente em algumas variantes de SPA-H) pode aumentar marginalmente a endurecibilidade, afetando a quantidade de pré-aquecimento ou tratamento térmico pós-solda necessário. - Em todos os casos, a espessura, o design da junta, a restrição da solda e o controle de hidrogênio (seleção de consumíveis, umidade dos consumíveis) são mais decisivos do que a escolha da classe sozinha. Use qualificações de procedimento de solda (WPS/PQR) e calcule $P_{cm}$ ou $CE_{IIW}$ para a química específica para definir limites de pré-aquecimento/tratamento térmico pós-solda.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto o Q235NH quanto o SPA-H são aços carbono comuns (não inoxidáveis). Eles dependem da proteção de superfície para resistência à corrosão.
• Proteções típicas: galvanização a quente, primers ricos em zinco e revestimentos em múltiplas camadas, tintas industriais, revestimentos à base de solvente ou epóxi, e proteção catódica para equipamentos imersos.
• Quando índices de resistência à corrosão como PREN são referenciados, eles não se aplicam a aços carbono comuns. Para aços inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Isso não se aplica ao Q235NH ou SPA-H porque os teores de cromo e molibdênio são negligenciáveis.
• Orientação de seleção: escolha aços galvanizados ou revestidos para exposição atmosférica; especifique revestimentos adequados ou tolerâncias de corrosão para serviço interno (por exemplo, caldeiras, tanques). Para ambientes químicos agressivos, selecione uma liga resistente à corrosão em vez de tentar proteger o aço carbono comum.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Formabilidade: O baixo carbono e as microestruturas normalizadas em ambas as classes tornam-nas prontamente formáveis por dobra a frio, laminação e prensa. Chapas mais espessas requerem raios de dobra apropriados; a condição normalizada melhora a ductilidade e reduz a variabilidade do retorno elástico.
• Maquinabilidade: Aços de baixo carbono têm uma maquinabilidade razoável; a maquinabilidade depende da dureza e do teor de inclusões. A chapa SPA-H com controle de limpeza mais rigoroso pode, às vezes, produzir melhor acabamento superficial e vida útil da ferramenta.
• Corte e processos térmicos: Corte a plasma, oxicorte e corte a laser são comumente usados. Recomendações de pré-aquecimento devem seguir a avaliação de soldabilidade para bordas cortadas/trabalhadas a frio.
• Acabamento de superfície: Ambas aceitam moagem, jateamento e sistemas típicos de pintura. Para aplicações que requerem tolerâncias apertadas ou qualidade de superfície (por exemplo, faces de vedação de vasos de pressão), o usinagem final no estado normalizado é recomendada.

8. Aplicações Típicas

Q235NH – Usos Típicos	SPA-H – Usos Típicos
Placa de vaso de pressão geral para serviço de baixa a moderada temperatura onde economia e tenacidade adequada são necessárias	Placa de caldeira e vaso de pressão onde controle de tenacidade e impurezas mais rigorosos são especificados
Componentes estruturais e estruturas onde soldagem e conformação são preocupações primárias	Casco de vasos de pressão, tambores de caldeira e componentes que especificam normas de placas no estilo japonês
Tanques, suportes de tubulação de baixa pressão e fabricados soldados	Aplicações que requerem requisitos de impacto mais rigorosos ou onde rastreabilidade do tipo JIS do fornecedor é solicitada

Racional de seleção: - Escolha Q235NH quando a eficiência de custo e a placa de norma chinesa amplamente disponível forem considerações primárias e quando a tenacidade e soldabilidade normalizadas especificadas atenderem aos requisitos de projeto. - Escolha SPA-H quando o comprador exigir uma placa de caldeira/vaso de pressão no estilo JIS com critérios de aceitação de impurezas e tenacidade potencialmente mais rigorosos, ou ao combinar com equipamentos existentes especificados de acordo com normas japonesas.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: O Q235NH é frequentemente mais econômico do que a placa SPA-H importada devido aos altos volumes de produção doméstica em regiões onde a placa de norma GB é comum. O SPA-H pode ser mais caro quando importado ou quando produzido com controle de limpeza e regimes de teste mais rigorosos.
• Disponibilidade: O Q235NH está amplamente disponível em muitos moinhos na China e de exportadores; a disponibilidade do SPA-H depende da produção regional e do estoque do moinho. A espessura da chapa, o serviço de corte sob medida e a certificação (por exemplo, certificação do moinho, certificados de teste de impacto) afetam os prazos de entrega para ambos.
• Formas de produto: Ambos são comumente fornecidos como chapas; o prêmio de custo aumenta para chapas mais espessas, valores de impacto testados a temperaturas mais baixas ou certificações adicionais do moinho.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Atributo	Q235NH	SPA-H
Soldabilidade	Muito boa (baixo C, normalizado)	Muito boa a ligeiramente melhor em algumas especificações (maior limpeza)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Projetado em torno de 235 MPa de resistência ao escoamento e tenacidade adequada	Propriedades de tração comparáveis; frequentemente especificado para critérios de impacto mais rigorosos
Custo	Frequentemente mais baixo / bom valor	Pode ser mais alto devido a especificações e demandas de teste

Recomendações: - Escolha Q235NH se: - Você precisa de uma placa normalizada, amplamente disponível e econômica com boa soldabilidade para aplicações típicas de vasos de pressão ou estruturais. - O projeto requer uma classe de resistência ao escoamento nominal de 235 MPa e os limites de impacto e espessura especificados do Q235NH atendem às demandas de temperatura de serviço e tenacidade. - Certificados do moinho e condição de entrega normalizada são aceitáveis para compras e conformidade com normas.

• Escolha SPA-H se:
• Seu projeto exigir material que atenda a especificações de caldeiras/vasos de pressão no estilo japonês, controle de impurezas mais rigoroso ou requisitos de impacto mais rigorosos.
• Você precisar de rastreabilidade, qualificações específicas do fornecedor ou uma placa que possa ser produzida com controle mais preciso sobre limpeza e tenacidade para fabricados soldados de serviço em temperaturas mais frias ou mais estressados.
• O custo ligeiramente mais alto é justificado pela necessidade de critérios de aceitação mais rigorosos ou para combinar com padrões de equipamentos/materiais existentes.

Nota final: Q235NH e SPA-H são ambas escolhas práticas para vasos soldados e trabalho de chapa estrutural geral. A seleção correta depende dos requisitos exatos de especificação (mecânicos, temperatura de impacto, espessura), restrições de procedimento de solda, plano de proteção contra corrosão e fatores comerciais (prazo de entrega e custo). Sempre confirme os valores químicos e mecânicos exatos no relatório de teste do moinho e realize cálculos de equivalente de carbono e qualificações de procedimento de solda para o lote específico de material antes da produção.