Q345 vs Q355 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Q345 e Q355 são dois aços estruturais amplamente utilizados, designados pela China, frequentemente considerados no projeto, fabricação e aquisição para edifícios, pontes, partes de pressão e equipamentos pesados. Engenheiros rotineiramente equilibram fatores como resistência versus soldabilidade, custo versus margem de segurança e tenacidade em baixas temperaturas ao selecionar entre essas classes.
A principal diferença prática é que o Q355 especifica uma resistência ao escoamento nominal mais alta do que o Q345, enquanto permanece dentro da mesma família de aços estruturais de baixa liga e alta resistência. Como as duas classes compartilham química e rotas de processamento semelhantes, a seleção é frequentemente impulsionada pela capacidade de escoamento requerida, restrições de espessura/seção, desempenho de impacto e custo, em vez de um comportamento material radicalmente diferente.
1. Normas e Designações
- Padrão chinês primário: GB/T 1591 (aços estruturais de alta resistência e baixa liga), que inclui as séries Q345 e Q355.
- Outras normas relacionadas e famílias de referência cruzada (disponibilidade e equivalência exata variam por região e aplicação): EN (por exemplo, família S355), graus estruturais ASTM/ASME, JIS; observe que a equivalência direta entre GB e EN/ASTM não é exata e deve ser validada para cada aplicação.
- Classificação: tanto Q345 quanto Q355 são HSLA (aços estruturais de alta resistência e baixa liga) de carbono/microaleação (não inoxidáveis, não aços para ferramentas, não aços de alta liga).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Os aços da série Q são projetados para alcançar maior resistência ao escoamento por meio do controle do teor de carbono combinado com microaleação e controle termo-mecânico da microestrutura. Os limites exatos variam por subclasse (por exemplo, variantes Q345A/B/C/D/E); a tabela abaixo fornece intervalos de composição típicos usados para seleção e comparação em engenharia. Sempre consulte o certificado e a norma aplicáveis para limites precisos.
| Elemento | Q345 típico (wt%) | Q355 típico (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.12 – 0.20 | 0.10 – 0.20 |
| Mn | 0.80 – 1.60 | 0.80 – 1.60 |
| Si | 0.20 – 0.50 | 0.20 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30 (se presente) | ≤ 0.30 (se presente) |
| Ni | ≤ 0.30 (se presente) | ≤ 0.30 (se presente) |
| Mo | ≤ 0.08 (ocasional) | ≤ 0.08 (ocasional) |
| V | traço (microaleação) | traço (microaleação) |
| Nb | traço (microaleação) | traço (microaleação) |
| Ti | traço (microaleação) | traço (microaleação) |
| B | traço (raro) | traço (raro) |
| N | controlado (baixo) | controlado (baixo) |
Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês controlam principalmente a resistência por meio do endurecimento por solução sólida e influenciam a temperabilidade. - Elementos de microaleação (Nb, V, Ti) promovem o refino de grãos e o endurecimento por precipitação, melhorando a resistência ao escoamento sem grandes aumentos no carbono (o que preserva a soldabilidade). - Baixo teor de enxofre e fósforo são especificados para preservar a tenacidade e a qualidade da solda.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas: - Placas de Q345 e Q355 laminadas a quente ou normalizadas geralmente mostram uma matriz de ferrita–perlita com grãos refinados devido à microaleação e ao laminação controlada. As classes Q355, visando maior resistência ao escoamento, podem mostrar uma densidade de discordâncias ligeiramente maior e efeitos de precipitação/endurecimento mais fortes devido ao processamento termo-mecânico controlado. - Nenhuma das classes é fornecida principalmente como aços temperados e revenidos; elas são destinadas a serem aços estruturais adequados para fabricação na condição laminada a quente ou normalizada.
Resposta ao tratamento térmico: - Normalização: ambas as classes respondem à normalização com refino de grãos e aumentos modestos em resistência e tenacidade. A normalização pode ser usada para homogeneizar a estrutura para seções pesadas. - Tempera e revenimento: possível, mas menos comum para esses aços; Q345/Q355 pode ser endurecido para níveis de resistência mais altos, mas as compensações em tenacidade e distorção e a necessidade de controle mais rigoroso da composição tornam a T&R rara para fornecimento estrutural padrão. - Processamento termo-mecânico controlado (TMCP): rotas de produção modernas usam TMCP para aumentar a resistência ao escoamento enquanto mantêm a tenacidade, um mecanismo principal pelo qual o Q355 alcança maior resistência garantida em química semelhante.
4. Propriedades Mecânicas
As seguintes são faixas de propriedades típicas representativas conforme fornecidas na condição normalizada/laminada — as propriedades finais dependem do tratamento, espessura e subclasse.
| Propriedade | Q345 típico | Q355 típico |
|---|---|---|
| Resistência ao Escoamento Especificada (típica) | ~345 MPa (meta nominal) | ~355 MPa (meta nominal) |
| Resistência à Tração (Rm) | ~470 – 630 MPa | ~490 – 640 MPa |
| Alongamento (A5, % típico) | 20 – 26% (dependendo da espessura) | 18 – 25% (dependendo da espessura) |
| Impacto Charpy (entalhe em V) | Especificado para subclasses; tipicamente 27 J @ temperatura especificada (varia) | Requisitos semelhantes; pode ser especificado em temperatura igual ou inferior |
| Dureza (HB) | ~120 – 190 HB (varia com o tratamento térmico e espessura) | ~120 – 200 HB (ligeiramente mais alto possível) |
Interpretação: - O Q355 é especificado com uma resistência mínima ao escoamento mais alta e frequentemente uma faixa de resistência à tração ligeiramente mais alta; o aumento é modesto, mas significativo para o projeto estrutural (permitindo seções menores ou maior tensão permitida). - A tenacidade (impacto) é mais uma função da seleção da subclasse (A/B/C/D/E), espessura e temperatura de teste do que do número da classe nominal. A seleção adequada da subclasse é essencial para aplicações em baixas temperaturas.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é influenciada pelo equivalente de carbono e pelo teor de microaleação. Duas fórmulas empíricas comuns usadas para avaliar a soldabilidade são:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
e
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Tanto o Q345 quanto o Q355 são formulados para manter o teor de carbono e os equivalentes de carbono relativamente baixos. A microaleação (Nb, V, Ti) fornece resistência sem grandes aumentos no carbono, o que ajuda a preservar a soldabilidade. - O Q355 pode ter uma temperabilidade ligeiramente maior em certas subclasses devido ao processamento e química marginalmente diferente; portanto, o controle de temperatura de pré-aquecimento e interpasso pode ser ligeiramente mais conservador para seções mais espessas de Q355 do que para Q345. - Para soldas críticas, siga a qualificação do procedimento (WPS/PQR), considere a espessura e use pré-aquecimento/pós-aquecimento de acordo com o $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ calculado e as orientações do fabricante/padrão aplicáveis. - O controle de hidrogênio, a seleção adequada do material de adição e o controle da entrada de calor são fundamentais para evitar trincas a frio em ambas as classes.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos aços Q345 ou Q355 é inoxidável; a resistência à corrosão é a de aços de carbono de baixa liga e, portanto, depende de estratégias de proteção de superfície.
- Métodos típicos de proteção: galvanização a quente, metalização de zinco, revestimentos orgânicos (tintas, revestimento em pó), proteção catódica e design eficaz para evitar armadilhas de água.
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite),
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
é um índice de aço inoxidável e não é aplicável ao Q345/Q355; esses índices são relevantes apenas para aços inoxidáveis austeníticos ou duplex que contêm Cr, Mo e N significativos. - Para aplicações expostas a ambientes agressivos (marítimos, químicos), escolha ligas resistentes à corrosão ou aplique revestimentos robustos em vez de confiar no Q345/Q355 como está.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Corte: ambas as classes cortam bem com processos de oxicorte, plasma e laser; os parâmetros de corte podem ser ajustados para espessura e entrada de calor para minimizar os efeitos da HAZ.
- Formação/dobra: a formabilidade é boa; menor teor de carbono e microaleação ajudam a manter a ductilidade. Os raios mínimos de dobra dependem da espessura e da subclasse; a resistência ligeiramente mais alta do Q355 pode exigir raios de dobra marginalmente maiores para o mesmo processo de formação.
- Maquinabilidade: maquinabilidade típica de aço carbono; a resistência ligeiramente mais alta do Q355 pode aumentar modestamente o desgaste das ferramentas. Escolha velocidades e avanços de corte com base nas propriedades de tração e na espessura da seção.
- Acabamento de superfície: ambas aceitam soldagem, moagem e usinagem; cuidado com tensões residuais e distorção para fabricações com tolerâncias apertadas.
8. Aplicações Típicas
| Q345 — Usos Típicos | Q355 — Usos Típicos |
|---|---|
| Estruturas de aço estrutural geral: estruturas, suportes, vigas de carga média, colunas | Seções estruturais mais pesadas: vigas de alta carga, trilhos de guindaste, componentes de ponte |
| Componentes fabricados onde a sensibilidade ao custo é primária e a resistência de 345 MPa é adequada | Aplicações onde uma resistência ligeiramente maior permite redução de seção ou maior tensão permitida |
| Bases de máquinas, membros estruturais secundários | Membros principais de suporte de carga, montagens soldadas de maior estresse |
| Vasos de pressão ou tanques (quando permitido pelo código e com certificação adequada) | Componentes estruturais em regiões frias onde maior resistência é especificada (sujeito à subclasse de impacto) |
| Fences, plataformas, fabricação geral | Equipamentos pesados, estruturas marítimas (com revestimentos), estruturas de alta tensão |
Racional de seleção: - Use Q345 quando a resistência estrutural padrão for suficiente e a prioridade for menor custo de material e facilidade de formação. - Use Q355 quando os projetos exigirem uma resistência ao escoamento garantida mais alta para reduzir o tamanho da seção ou atender a tensões de projeto mais altas, desde que a soldabilidade e os requisitos de impacto sejam compatíveis.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: O Q355 é tipicamente ligeiramente mais caro por massa do que o Q345 devido às propriedades mecânicas garantidas mais altas e ao processamento necessário para atender aos requisitos do Q355. O prêmio varia conforme o mercado, a usina, a forma do produto e os preços globais do aço.
- Disponibilidade: Ambas as classes são amplamente produzidas e disponíveis em formas de chapa, bobina e seção. A disponibilidade de subclasses específicas, espessuras e relatórios de teste certificados depende da capacidade da usina e das cadeias de suprimento regionais.
- Dica de aquisição: especifique a subclasse, a temperatura de impacto e a forma do produto claramente nos pedidos de compra para evitar incompatibilidades e garantir certificados corretos da usina.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | Q345 | Q355 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa — ampla faixa dúctil; baixo CE quando microaleado | Boa — temperabilidade ligeiramente mais alta possível; pode exigir pré-aquecimento conservador para seções espessas |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Resistência moderada com boa ductilidade/tenacidade | Maior resistência ao escoamento para a mesma família; leve compensação na ductilidade na mesma composição, mas compensada pelo TMCP |
| Custo | Mais baixo (tipicamente) | Mais alto (tipicamente) |
Conclusão e orientações: - Escolha Q345 se: seu projeto exigir um aço estrutural HSLA confiável e econômico onde a resistência nominal ~345 MPa atenda aos requisitos de projeto; onde a formação e a facilidade de fabricação sejam prioridades; e onde a sensibilidade ao custo e a ampla disponibilidade sejam importantes. - Escolha Q355 se: você precisar do aumento modesto, mas útil, na resistência ao escoamento garantida para reduzir tamanhos de seção ou aumentar cargas permitidas; quando a especificação do projeto exigir explicitamente maior capacidade de escoamento; e quando o custo adicional marginal for justificado por economias estruturais ou de peso.
Nota final: tanto o Q345 quanto o Q355 fazem parte da mesma família de aços estruturais; a escolha certa depende da tensão de projeto, espessura e condições de soldagem, requisitos de tenacidade e custo total do ciclo de vida. Sempre especifique a subclasse exata, a temperatura de desempenho de impacto e a documentação de teste da usina requerida, e valide os procedimentos de soldagem com avaliações baseadas em $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ para fabricações críticas.