Q345 vs Q390 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação costumam enfrentar a escolha entre Q345 e Q390 ao especificar aços estruturais para pontes, guindastes, equipamentos pesados e fabricados que suportam pressão. A decisão geralmente equilibra a maior resistência de escoamento garantida e as permissões de espessura da seção contra fatores como soldabilidade, tenacidade a baixa temperatura, custo de fabricação e disponibilidade.

Em um nível alto, a principal diferença entre Q345 e Q390 é a resistência mínima de escoamento garantida: Q345 é especificado em 345 MPa e Q390 em 390 MPa. Essa mudança na resistência garantida é alcançada por ajustes modestos na composição química e pelo processamento metalúrgico (microligação, laminação controlada e tratamentos térmicos), que por sua vez afetam a endurecibilidade, tenacidade e comportamento de fabricação. Essas classificações são frequentemente comparadas porque ocupam posições adjacentes na família de aços estruturais de baixa liga/alta resistência e são frequentemente intercambiáveis em projetos onde fatores de segurança, peso ou espessura da chapa tornam uma pequena mudança na resistência atraente.

1. Normas e Designações

• Normas e designações comuns onde essas classificações aparecem:
• GB/T (China): Q345 e Q390 são amplamente referenciados nas normas chinesas (por exemplo, GB/T 1591 e especificações de produtos relacionadas para aços estruturais de baixa liga e alta resistência).
• EN (Europa): referências cruzadas aproximadas incluem aços na faixa de S355 a S420 (mas a equivalência direta não é exata; sempre verifique os certificados do fabricante).
• ASTM/ASME (EUA): um papel semelhante é desempenhado pelas classificações ASTM A572/A709 (por exemplo, Classe 50), mas a correspondência química e mecânica direta deve ser validada.
• JIS (Japão) e outras normas nacionais: equivalentes locais existem, mas a nomenclatura difere.
• Classificação: Tanto Q345 quanto Q390 são aços estruturais de carbono de alta resistência e baixa liga (HSLA). Eles não são aços inoxidáveis ou aços para ferramentas; eles dependem de química controlada e processamento termo-mecânico em vez de altos níveis de liga para seu desempenho.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: Faixas de composição representativas (típicas) por porcentagem de peso. Estas são análises comerciais indicativas para ilustrar diferenças; consulte a norma aplicável e o certificado do fabricante para limites exatos e valores específicos de subclasse.

Elemento	Q345 (faixa típica, %wt)	Q390 (faixa típica, %wt)
C	~0.10–0.20	~0.10–0.22
Mn	~0.8–1.6	~0.9–1.8
Si	~0.20–0.50	~0.20–0.50
P	≤ 0.035 (máx)	≤ 0.035 (máx)
S	≤ 0.035 (máx)	≤ 0.035 (máx)
Cr	traço–~0.30	traço–~0.30
Ni	traço–~0.30	traço–~0.30
Mo	traço–~0.08	traço–~0.10 (ocasionalmente mais alto)
V	traço–pequeno (microligação)	traço–pequeno (microligação)
Nb (Cb)	traço–pequeno (microligação)	traço–pequeno (microligação)
Ti	traço–pequeno (estabilizador)	traço–pequeno
B	traço (raro)	traço (raro)
N (se relatado)	tipicamente baixo, controlado	tipicamente baixo, controlado

Notas: - Q345 e Q390 são principalmente aços carbono-manganês com adições de microligação (Nb, V, Ti) usadas em algumas rotas de produção para aumentar a resistência sem excesso de carbono. - Formulações de Q390 podem permitir leves aumentos em carbono, manganês ou adições controladas de microligação e processamento de tratamento térmico para atender ao requisito de maior resistência. - Adições exatas (por exemplo, Mo, Cr) podem aparecer em algumas variantes de produtos para melhorar a endurecibilidade ou o desempenho em altas temperaturas, mas ambas as classificações permanecem aços de baixa liga em geral.

Como a liga afeta o desempenho: - O carbono e o manganês são os principais formadores de resistência por meio do endurecimento por solução sólida e por permitir o endurecimento por transformação. O aumento do carbono aumenta a resistência e a endurecibilidade, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade se não for compensado. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) formam carbonetos/nitratos finos que refinam o tamanho do grão e aumentam a resistência de escoamento por meio de precipitação e refino de grão sem aumentar significativamente o equivalente de carbono. - Pequenas adições de Cr, Mo ou Ni (se presentes) aumentam a endurecibilidade e podem ajudar a alcançar maior resistência em seções mais espessas, mas podem aumentar o equivalente de carbono e afetar a soldabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestruturas típicas:
• Q345: produzido por laminação controlada e normalização ou processamento termo-mecânico controlado (TMCP) para resultar em uma ferrita–pearlita de grão fino ou ferrita com precipitados de microligação dispersos. A microestrutura enfatiza a tenacidade e a ductilidade em níveis moderados de resistência.
• Q390: microestrutura base semelhante, mas projetada para fornecer maior resistência por meio de uma densidade de discordâncias ligeiramente maior, mais endurecimento por precipitação ou perlita/bainita temperada retida marginalmente maior, dependendo do processo. Em seções mais espessas, a maior endurecibilidade promove microestruturas de maior resistência após resfriamento controlado.
• Efeitos do tratamento térmico e processamento:
• Normalização/refino: ambas as classificações se beneficiam da normalização para refinar o tamanho do grão e homogeneizar a microestrutura; Q390 às vezes recebe cronogramas de TMCP mais agressivos para garantir alta resistência uniforme.
• Resfriamento e têmpera: não é típico para produtos de fábrica padrão Q345/Q390 (geralmente são entregues como aços TMCP), mas resfriamento e têmpera podem ser aplicados para variantes de maior resistência com transformação deliberada em martensita e subsequente têmpera—isso muda substancialmente a tenacidade e a usinabilidade.
• Processamento termo-mecânico: TMCP (laminação/resfriamento controlado) é comumente usado para alcançar alta resistência com boa tenacidade e soldabilidade, especialmente para Q390, onde o processamento compensa as metas de resistência modestamente mais altas sem excesso de carbono.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Propriedades mecânicas representativas. Os valores são indicativos e dependem da espessura da chapa, norma de teste e subclasse—use certificados do fabricante para compras.

Propriedade	Q345 (típico)	Q390 (típico)
Resistência Mínima de Escoamento (Rp0.2)	345 MPa	390 MPa
Resistência à Tração (Rm)	~470–630 MPa	~520–690 MPa
Alongamento (A50mm)	≥ 20% (varia por espessura)	≥ 18% (varia por espessura)
Tenacidade ao Impacto (Charpy V-notch)	Boa em temperaturas de serviço comuns; dependente da subclasse	Comparável, mas pode exigir controles de subclasse mais rigorosos para serviço a baixa temperatura
Dureza (HBW)	Moderada	Levemente mais alta (depende do processamento)

Interpretação: - Resistência: Q390 é o mais forte dos dois por especificação (maior resistência mínima de escoamento), permitindo redução da espessura da seção ou maior capacidade de carga para a mesma geometria. - Tenacidade e ductilidade: Q345 geralmente apresenta alongamento marginalmente melhor e às vezes melhor tenacidade a baixa temperatura para uma determinada química devido a metas de resistência ligeiramente mais baixas e frequentemente menor endurecibilidade. No entanto, os modernos processos TMCP permitem que Q390 alcance boa tenacidade nas temperaturas de teste exigidas—subclasse e espessura da chapa são críticas. - Compensação: O aumento da resistência de escoamento garantida em Q390 geralmente vem com um modesto sacrifício na ductilidade e pode aumentar a sensibilidade às condições de soldagem, a menos que a microligação e o controle do processo compensem.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é governada pelo teor de carbono, equivalente de carbono (endurecibilidade), espessura e restrição. Fórmulas preditivas úteis incluem:

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

• Fórmula Pcm internacional (indicador qualitativo): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Interpretação qualitativa: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil e menor tendência a formar microestruturas HAZ duras e quebradiças. Tanto Q345 quanto Q390 são produzidos com materiais e microligação otimizados para soldabilidade; no entanto: - Q345 tende a ter valores de equivalente de carbono ligeiramente mais baixos em média, tornando-o marginalmente mais fácil de soldar em seções mais espessas sem pré-aquecimento. - Q390, devido a metas de resistência mais altas, pode ter maior manganês ou microligação e, portanto, um equivalente de carbono mais alto na prática, aumentando a necessidade de pré-aquecimento, controle de calor de entrada ou tratamento térmico pós-soldagem em seções mais espessas ou juntas restritas. - Mitigação: O uso de metais de adição compatíveis com tenacidade e resistência, temperaturas de interpassagem controladas, pré-aquecimento e seleção de consumíveis e procedimentos de soldagem apropriados geralmente garantem montagens soldáveis para ambas as classificações. Sempre qualifique os procedimentos de soldagem em espessuras representativas e para a menor temperatura de projeto.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto Q345 quanto Q390 são aços carbono-manganês não inoxidáveis e não oferecem resistência intrínseca à corrosão além do aço nu. As estratégias de proteção padrão incluem:
• Galvanização a quente para exposição atmosférica.
• Sistemas de pintura (primer de oficina + camadas de acabamento) com preparação de superfície (por exemplo, jateamento abrasivo).
• Revestimentos de spray térmico ou polímero para ambientes agressivos.
• Índices específicos para inoxidáveis não são aplicáveis a essas classificações. A fórmula PREN, usada para resistência à corrosão inoxidável, portanto, não é relevante aqui: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• Orientação de seleção: Onde o desempenho contra corrosão é necessário (exposições marinhas, químicas), escolha ligas resistentes à corrosão ou especifique sistemas de proteção. A escolha entre Q345 e Q390 não afeta materialmente a resistência à corrosão, a menos que diferenças de liga minuciosas incluam elementos que influenciam a corrosão (raros).

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Corte: Corte a plasma, oxi-combustível e a laser se comportam de maneira semelhante para ambas as classificações; Q390 pode exigir entradas térmicas marginalmente diferentes para corte de gouging ou corte sem gouging devido à resistência ligeiramente mais alta.
• Usinabilidade: Ambos são moderados em usinabilidade; Q390 de maior resistência pode apresentar desgaste de ferramenta um pouco maior em usinagens pesadas devido ao aumento da resistência e possivelmente a precipitados microdurecidos mais duros.
• Formação/dobra: Q345, com ductilidade ligeiramente maior, é geralmente mais tolerante para formação a frio e dobra. Q390 pode ser formado, mas pode exigir raios de dobra maiores ou sequências de formação controladas para evitar trincas, especialmente em chapas mais espessas ou em seções com alta deformação pré-existente.
• Acabamento de superfície: Ambos aceitam métodos de acabamento padrão; preste atenção ao alívio de tensões e controle de distorção durante a fabricação ao trabalhar com Q390, pois tensões residuais mais altas podem se desenvolver em níveis de resistência mais altos.

8. Aplicações Típicas

Tabela: Usos típicos para cada classificação com justificativa.

Q345 — Aplicações Típicas	Q390 — Aplicações Típicas
Componentes estruturais gerais (vigas, colunas) em edifícios e pontes onde boa tenacidade e soldabilidade são necessárias	Membros estruturais mais pesados onde a redução da espessura da seção ou aumento da capacidade de carga é necessário (trilhos de guindaste, estruturas de máquinas pesadas)
Chapas de aço soldadas para tanques, reboques, fabricação geral	Seções estruturais em transporte e equipamentos pesados onde maior resistência permite designs mais leves
Seções formadas a frio e estruturas fabricadas	Componentes sujeitos a cargas estáticas mais altas ou onde a margem para design de fadiga é limitada
Trabalhos em aço agrícola e de engenharia geral (sensível a custos)	Aplicações onde os benefícios de rigidez/peso ou resistência/peso justificam um custo de material mais alto

Justificativa de seleção: - Escolha Q345 onde a facilidade de fabricação, maior ductilidade e custo são priorizados e onde a menor resistência é suficiente para o projeto. - Escolha Q390 onde o projeto se beneficia de uma maior resistência garantida (seção transversal menor, economia de peso), desde que os procedimentos de soldagem, controles de fabricação e requisitos de tenacidade sejam atendidos.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Q390 é tipicamente mais caro por tonelada do que Q345 devido a controles de processo mais rigorosos e potencialmente maior teor de liga ou cronogramas de TMCP mais exigentes. O prêmio de preço varia por mercado, espessura e região geográfica.
• Disponibilidade: Ambos são linhas de produtos padrão em regiões principais de produção de aço; Q345 é geralmente mais amplamente disponível porque é uma classificação estrutural comum. Q390 é comumente estocado em muitos mercados, mas a disponibilidade de certas espessuras, tamanhos de chapa e subclasses pode ser mais limitada—os prazos de entrega devem ser verificados.
• Formas de produto: Ambos são fornecidos como chapas laminadas a quente, bobinas e às vezes como chapas normalizadas ou laminadas termomecanicamente. Para chapas especializadas (seções ultra-grossas ou subclasses específicas testadas para impacto), os prazos de entrega aumentam.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Comparação rápida (qualitativa).

Métrica	Q345	Q390
Soldabilidade	Boa (mais fácil, menor CE)	Boa a Regular (pode precisar de pré-aquecimento em seções grossas)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Equilibrado em direção à tenacidade e ductilidade	Maior resistência; tenacidade alcançável com controle de processo adequado
Custo	Mais baixo (geralmente)	Mais alto (prêmio por maior resistência)

Recomendações: - Escolha Q345 se: - O projeto puder aceitar 345 MPa de escoamento e as prioridades forem maior ductilidade, soldagem mais fácil e menor custo de material. - A fabricação envolver formação significativa ou trabalho a frio, ou onde a soldagem rotineira sem pré-aquecimento extensivo for necessária. - A disponibilidade de estoque e a economia forem importantes.

• Escolha Q390 se:
• Você precisar de maior resistência de escoamento garantida (390 MPa) para reduzir a espessura da seção ou peso, ou para atender a requisitos específicos de capacidade de carga.
• Os procedimentos de fabricação puderem acomodar controles de soldagem ligeiramente mais altos (pré-aquecimento, WPS qualificado), e os requisitos de tenacidade puderem ser atendidos selecionando a subclasse e o processo adequados.
• O projeto justificar o maior custo de material por meio de economias na fabricação subsequente, transporte ou design sensível ao peso.

Nota final: Q345 e Q390 são escolhas adjacentes na família de aços estruturais HSLA. A seleção ideal é impulsionada pelos requisitos em nível de componente (resistência, tenacidade na menor temperatura de serviço), restrições de fabricação (soldagem e formação), custo do ciclo de vida (revestimento e manutenção) e disponibilidade. Sempre verifique os certificados químicos e mecânicos do fornecedor de aço, qualifique os procedimentos de soldagem em material e espessura representativos e especifique a energia de impacto e a temperatura de teste necessárias para aplicações expostas a serviço a baixa temperatura ou cargas dinâmicas.