Q355NH vs B450NQR – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente enfrentam a troca entre tenacidade, soldabilidade, custo e resistência ao selecionar aços estruturais. Q355NH e B450NQR abordam diferentes pontos nessa troca: um é um grau de pressão/estrutura otimizado para tenacidade de entalhe e comportamento confiável após normalização; o outro é um grau estrutural/microligado de maior limite de escoamento projetado para fornecer elevada resistência ao escoamento com seção transversal ou peso reduzidos.

A principal distinção prática entre os dois é seu alvo de design para resistência ao escoamento: Q355NH é um aço de ~355 MPa de limite de escoamento nominal produzido para boa tenacidade e soldabilidade, enquanto B450NQR visa aproximadamente 450 MPa de limite de escoamento com microligação e processamento termomecânico usados para alcançar essa classe. Essa diferença influencia as escolhas na fabricação, desenvolvimento de procedimentos de soldagem, dimensionamento de peças e custo.

1. Normas e Designações

• Q355NH
• Origem: família de especificações chinesas GB (série Q). Comumente encontrado em aplicações de pressão e estruturais na China e no comércio internacional.
• Classificação: Aço estrutural/pressão carbono-manganês, não inoxidável, com designações normalizadas/normalizadas e temperadas; se enquadra nos aços estruturais de alta tenacidade (comportamento semelhante ao HSLA quando normalizado).
• B450NQR
• Origem: convenções de designação de estilo europeu (o nome do grau indica a classe de 450 MPa). Os sufixos NQR indicam variantes de tratamento térmico normalizado/qualidade/laminado ou microligado dependendo do fornecedor/padrão.
• Classificação: Aço estrutural de alta resistência (aço de alto limite de escoamento, microligado/processado termomecanicamente).

Ambos são aços carbono/ligados não inoxidáveis destinados a aplicações estruturais soldadas; nenhum deles é um aço para ferramentas ou liga inoxidável.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Os dois graus utilizam diferentes estratégias de liga: Q355NH depende de carbono controlado e Mn moderado com limites rigorosos em P/S e, às vezes, pequenas adições de Nb/Ti/V para aço limpo e tenacidade. B450NQR alcança maior resistência principalmente por microligação (Nb, V, Ti), laminação controlada (TMCP) e tratamentos térmicos precisos, em vez de grandes adições de elementos de liga caros.

Tabela: Foco típico de liga (qualitativo — verifique o certificado exato do comprador ou padrão para material de contrato)

Elemento	Q355NH (controle típico)	B450NQR (controle típico)	Papel / Comentário
C	Baixo–moderado; controlado para tenacidade e soldabilidade	Baixo–moderado; controlado para limitar dureza enquanto alcança resistência via TMCP	O carbono impulsiona a resistência/dureza; ambos os graus mantêm C relativamente baixo para preservar a soldabilidade.
Mn	Moderado (para resistência e desoxidação)	Moderado a um pouco mais alto; usado com C para resistência base	Mn aumenta a dureza e a resistência.
Si	Baixo; desoxidação	Baixo; desoxidação	O silício afeta a desoxidação e aumenta ligeiramente a resistência.
P, S	Rigorosamente limitado (baixo) para tenacidade	Rigorosamente limitado (baixo) para tenacidade e soldabilidade	Impurezas reduzem a tenacidade e a soldabilidade; ambos são de baixo enxofre e baixo fósforo.
Cr, Ni, Mo	Geralmente mínimo em Q355NH	Mínimo a baixo; algumas variações podem incluir pequenas quantidades para dureza	Grandes adições de liga não são típicas; a resistência vem do processamento.
V, Nb, Ti	Possível microligação em ppm–baixo % de peso para refinar grão	Microligação frequentemente usada (Nb, V, Ti) para aumentar o limite de escoamento via endurecimento por precipitação	Elementos de microligação aumentam fortemente a resistência ao escoamento sem grandes aumentos de carbono.
B, N	Nitrogênio controlado; boro pode estar presente em quantidades traço em alguns aços	Nitrogênio controlado; boro raramente usado em graus estruturais	Nitrogênio e boro afetam a dureza e as propriedades em níveis de ppm.

Nota: Os limites químicos exatos são dados na norma controladora ou no certificado do moinho para cada lote. Para compras, sempre exija a análise do moinho e o relatório de teste do material.

Como a liga afeta o desempenho - O carbono e o manganês aumentam a resistência e a dureza, mas reduzem a soldabilidade e a tenacidade se excessivos. - A microligação (Nb, V, Ti) permite maior resistência ao escoamento via finos precipitados e refino de grão, em vez de aumentar o teor de carbono — preservando assim a soldabilidade e a ductilidade até certo ponto. - O controle rigoroso de fósforo e enxofre é necessário para a tenacidade a baixa temperatura e para evitar trincas na solda.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Q355NH - Produzido para fornecer uma microestrutura normalizada: predominantemente ferrita poligonal fina e perlita com um tamanho de grão relativamente uniforme. A normalização reduz tensões residuais e produz boa tenacidade de entalhe. - Se normalização + têmpera ou outros ciclos térmicos forem aplicados, a microestrutura pode ser ajustada para tenacidade adicional ou resistência ligeiramente maior. - B450NQR - Processado tipicamente via processamento termomecânico controlado (TMCP) ou resfriamento acelerado para produzir uma matriz de ferrita bainítica/ferrita-perlita/microligada de grão fino com endurecimento por precipitação (carbonitretos de nióbio e vanádio). - Precipitados de microligação e estrutura de grão refinada aumentam a resistência ao escoamento sem grandes redes de carbonetos.

Efeito das rotas de processamento padrão - Normalização (Q355NH): produz resistência e tenacidade equilibradas, refina grãos e reduz tensões residuais — benéfico para vasos de pressão e fabricados soldados. - Têmpera e revenimento: não é típico para esses graus, mas pode ser aplicado a aços microligados para aumentar a resistência às custas de custo e distorção; Q355NH geralmente não é tratado com T&R. - TMCP e laminação controlada (B450NQR): produzem alto limite de escoamento com menor teor de carbono; o controle cuidadoso da temperatura de laminação final e da taxa de resfriamento é essencial para alcançar o grau.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Características mecânicas comparativas (nominal/qualitativa; verificar contra o relatório de teste do moinho e padrão)

Propriedade	Q355NH	B450NQR	Comentário
Limite de Escoamento (nominal)	~355 MPa	~450 MPa	A designação do grau indica a classe de limite de escoamento alvo.
Resistência à Tração	Moderada; tipicamente acima do limite de escoamento, mas depende da forma/lote	Moderada–alta; depende do processamento, muitas vezes maior que Q355NH	Os valores reais de tração variam com a forma do produto e o fornecedor.
Alongamento (ductilidade)	Bom (adequado para conformação e soldagem)	Menor que Q355NH para a mesma espessura, mas aceitável se projetado corretamente	Aços de maior resistência frequentemente trocam ductilidade por limite de escoamento.
Tenacidade ao Impacto	Alta tenacidade de entalhe por design (bom CVN em temperaturas especificadas)	Bom a variável; depende do TMCP e da espessura — pode precisar de verificação para serviço a baixa temperatura	Q355NH é frequentemente especificado para níveis de tenacidade de entalhe em vasos de pressão.
Dureza	Moderada	Maior	A dureza aumenta com a resistência e a precipitação de microligação.

Qual é mais forte, mais resistente ou mais dúctil - Resistência: B450NQR geralmente fornece resistência ao escoamento significativamente maior. - Tenacidade: Q355NH é projetado para tenacidade de entalhe confiável (especialmente em chapa normalizada e na faixa de temperatura especificada). - Ductilidade: Q355NH geralmente oferece maior alongamento e conformabilidade; B450NQR requer considerações de design para conformação e união.

5. Soldabilidade

Fatores-chave: equivalente de carbono e impacto da microligação na dureza e propriedades da HAZ. Use fórmulas estabelecidas para avaliar a soldabilidade qualitativamente.

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

Parâmetro mais abrangente para soldagem: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa) - Q355NH: Menor carbono e liga controlada geralmente resultam em um equivalente de carbono mais baixo do que aços microligados de maior resistência, facilitando a soldagem com procedimentos padrão e menores requisitos de pré-aquecimento para muitas espessuras. A normalização reduz a suscetibilidade ao endurecimento da HAZ. - B450NQR: Embora o carbono seja mantido baixo, a microligação e o aumento da dureza podem elevar a suscetibilidade ao endurecimento da HAZ e ao risco de trincas a frio em seções grossas ou com alta entrada de calor. A qualificação do procedimento de soldagem (WPS) com temperaturas de pré-aquecimento e interpass apropriadas, controle de hidrogênio e considerações de tratamento térmico pós-solda podem ser necessárias para chapas grossas.

Sempre realize a qualificação do procedimento de soldagem e consulte o relatório de teste do moinho para calcular $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ para um lote e espessura específicos.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Ambos os graus são aços carbono/ligados não inoxidáveis; a resistência à corrosão inerente é limitada.
• Métodos de proteção padrão:
• Galvanização a quente para proteção atmosférica geral.
• Sistemas de pintura, revestimentos em pó ou revestimentos especializados para ambientes agressivos.
• Tratamentos de superfície (fosfatização, passivação onde aplicável) para adesão pré-pintura.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a esses aços não inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Use graus inoxidáveis se resistência à corrosão for necessária; caso contrário, proteja Q355NH e B450NQR com revestimentos ou proteção catódica como parte do design.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte: Ambos cortam com oxicombustível, plasma ou laser; B450NQR de maior resistência pode exigir velocidades de corte mais lentas para evitar endurecimento localizado.
• Conformação e dobra: Q355NH oferece melhor capacidade de dobra e características de retorno em espessuras típicas de chapa; B450NQR requer raios de dobra maiores e consideração dos limites de deformação devido ao maior limite de escoamento e menor alongamento.
• Maquinabilidade: Ligeiramente melhor para Q355NH de menor resistência; B450NQR pode ser mais abrasivo para ferramentas devido a precipitados de microligação; a maquinabilidade varia com a dureza e o tratamento térmico.
• Acabamento: Moagem e jateamento semelhantes; zonas afetadas pelo calor durante a soldagem requerem atenção em B450NQR para potenciais picos de dureza.

8. Aplicações Típicas

Q355NH	B450NQR
Vasos de pressão, caldeiras e tanques onde são requeridas tenacidade de entalhe especificada e chapas normalizadas	Componentes estruturais que requerem alta resistência ao escoamento: guindastes, estruturas de máquinas pesadas, suportes onde a redução da seção transversal é desejada
Estruturas de convés de navios soldadas, pontes e estruturas gerais onde a tenacidade a uma temperatura de serviço dada é crítica	Estruturas resistentes ao desgaste, equipamentos pesados e onde os projetistas desejam minimizar a espessura da chapa para economia de peso
Chapas estruturais gerais para engenharia civil com necessidades de serviço a baixa temperatura	Chapas de alta resistência para material rodante, estruturas de equipamentos de mineração e outros membros estruturais de alta tensão

Racional de seleção - Escolha Q355NH onde a tenacidade de entalhe a baixa temperatura, comportamento previsível da HAZ e soldabilidade mais fácil são prioridades. - Escolha B450NQR onde um maior limite de escoamento permite a redução da espessura da seção, menor peso estrutural, ou onde a economia de resistência/peso supera os controles adicionais de fabricação.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Q355NH é geralmente de menor custo por tonelada do que aços microligados de maior grau devido ao processamento mais simples e maiores volumes de produção. B450NQR tem um preço premium devido ao TMCP, controle de processamento mais rigoroso e adições de microligação.
• Disponibilidade: Q355NH é amplamente produzido e comumente estocado em regiões onde produtores de chapa chineses abastecem o mercado. A disponibilidade de B450NQR depende de produtores regionais e da demanda do mercado por aços estruturais de alto limite de escoamento; os prazos de entrega podem ser mais longos para chapas maiores ou certificadas.
• Formas de produto: Ambos estão disponíveis como chapas, seções e às vezes tubos, mas misturas específicas de produtos dependem da capacidade do moinho e certificação.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Comparação rápida

Atributo	Q355NH	B450NQR
Soldabilidade	Alta (mais fácil, menor pré-aquecimento em muitos casos)	Boa, mas requer WPS qualificado e atenção ao endurecimento da HAZ
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Projetado para tenacidade com resistência moderada	Maior resistência ao escoamento; tenacidade depende do processamento e da espessura
Custo	Geralmente mais baixo	Mais alto (premium por resistência e processamento)

Recomendações finais - Escolha Q355NH se: - O design requer tenacidade de entalhe verificada e comportamento confiável em serviço de vasos de pressão soldados ou estruturas de baixa temperatura. - Facilidade de soldagem, conformação e menor custo de aquisição são importantes. - Você prefere uma chapa normalizada com propriedades da HAZ previsíveis.

• Escolha B450NQR se:
• Você precisa reduzir a seção transversal ou peso e um maior limite de escoamento nominal (~450 MPa) é essencial para alcançar o design.
• O orçamento do projeto permite material de custo mais alto e controles de soldagem/fabricação mais rigorosos.
• Você aceita controle de processo mais rigoroso, potenciais requisitos de pré-aquecimento e a necessidade de verificar a tenacidade para seções grossas.

Nota final: A seleção de material deve ser feita usando os certificados reais do moinho, dados de tenacidade específicos de espessura e temperatura, e uma qualificação formal do procedimento de soldagem que utilize a química do lote de aço específico e a forma do produto. Em caso de dúvida, peça ao moinho os cálculos específicos de lote $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ e exija certificados de teste de impacto na temperatura de serviço para validar a escolha.