S235 vs S275 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
S235 e S275 são dois aços carbono estruturais europeus amplamente utilizados, especificados pelas normas EN. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente ponderam as compensações entre custo, soldabilidade, conformabilidade e resistência ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem escolher um grau mais econômico para estruturas levemente carregadas versus um grau de resistência ligeiramente superior onde o tamanho da seção, a redução de peso ou o limite mínimo de escoamento regulatório são críticos.
A principal distinção técnica entre S235 e S275 é sua resistência mínima especificada ao escoamento: S275 tem um limite de escoamento garantido mais alto do que S235. Essa diferença impulsiona a seleção em aplicações de suporte de carga, mas ambos os graus são semelhantes em química e processamento, então outros fatores (soldabilidade, tenacidade, disponibilidade e proteção de superfície) frequentemente determinam a escolha final.
1. Normas e Designações
- EN: série EN 10025 (mais comum para variantes S235, S275 como S235JR, S235J0, S235J2, S275JR, etc.).
- ASTM/ASME: Sem equivalentes diretos ASTM um a um; graus ASTM comparáveis são tipicamente especificados com base nas propriedades requeridas em vez de substituição direta.
- JIS: As normas japonesas classificam os aços estruturais de maneira diferente; a seleção requer correspondência baseada em propriedades.
- GB (China): As normas GB incluem aços estruturais semelhantes em uso, mas não designações diretas; correspondência por requisitos mecânicos e químicos.
Classificação por família geral de aço: - Tanto S235 quanto S275 são aços estruturais de carbono simples/baixo-liga (não inoxidáveis, não aços para ferramentas, não alto-liga). Algumas variantes de usina podem incluir microligação (Nb, V, Ti) ou processamento termomecânico, que ainda os classifica como aços estruturais (frequentemente agrupados com HSLA quando deliberadamente microligados).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | S235 (presença típica) | S275 (presença típica) |
|---|---|---|
| C (Carbono) | Baixo carbono; controlado para soldabilidade | Baixo carbono; pode ser ligeiramente mais alto que S235 |
| Mn (Manganês) | Moderado (influenciador primário de resistência e endurecibilidade) | Moderado; limites semelhantes ou ligeiramente mais altos para atingir o limite de escoamento alvo |
| Si (Silício) | Pequenas quantidades (desoxidação) | Pequenas quantidades |
| P (Fósforo) | Mantido baixo (impureza) | Mantido baixo |
| S (Enxofre) | Mantido baixo (impureza) | Mantido baixo |
| Cr, Ni, Mo | Não intencionalmente ligado em graus padrão (traços possíveis) | O mesmo |
| V, Nb, Ti (microligação) | Pode estar presente em variantes processadas termomecanicamente específicas (traço a pequena %) | Pode estar presente em variantes específicas |
| B (Boro) | Tipicamente não adicionado em graus padrão | Tipicamente não adicionado |
| N (Nitrogênio) | Controlado; afeta envelhecimento e tenacidade | Controlado |
Notas: - Os graus EN especificam limites máximos que dependem da espessura e variante (por exemplo, JR, J0). A estratégia geral de liga é uma química de baixo carbono com manganês para fornecer alvos de escoamento/resistência à tração, mantendo boa soldabilidade e conformabilidade. Microligação e laminação termomecânica podem ser usadas para aumentar a resistência sem aumentos significativos de carbono.
Como a liga afeta o comportamento: - O carbono aumenta a resistência e a endurecibilidade, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade se elevado. - O manganês contribui para a resistência e a endurecibilidade e contrabalança a fragilização por enxofre. - O silício é principalmente um desoxidante; silício mais alto pode aumentar ligeiramente a resistência. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) refinam o tamanho do grão e permitem maiores resistências ao escoamento através do endurecimento por precipitação e laminação controlada sem grandes aumentos de carbono.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura típica: - S235 e S275 laminados e normalizados são predominantemente ferríticos-perlíticos em microestrutura. O tamanho do grão e a fração de perlita variarão com a taxa de resfriamento e o processamento termomecânico. - Variantes laminadas termomecanicamente ou microligadas mostram tamanhos de grão de ferrita mais finos e carbonetos/precipitados dispersos (NbC, VC, TiC), proporcionando resistência ao escoamento aprimorada em níveis químicos de carbono semelhantes.
Resposta ao tratamento térmico: - Esses graus são projetados principalmente para uso na condição laminada ou normalizada. Eles não são tipicamente fornecidos para têmpera e revenimento, a menos que especificamente encomendados como um grau diferente. - A normalização (aquecimento acima da temperatura crítica e resfriamento ao ar) refina o tamanho do grão e homogeneiza a microestrutura, melhorando a tenacidade. - A têmpera e o revenimento aumentarão a resistência e a tenacidade, mas é incomum para as especificações padrão S235/S275 e pode alterar a conformidade com os requisitos EN 10025. - O processamento controlado termomecânico (TMCP) é comumente usado para alcançar maior resistência (por exemplo, propriedades S275) com baixo carbono, refinando o grão e distribuindo precipitados de microligação.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade | S235 (típico por designação EN) | S275 (típico por designação EN) |
|---|---|---|
| Resistência Mínima ao Escoamento (ReH) | 235 MPa (base de designação) | 275 MPa (base de designação) |
| Resistência à Tração (Rm) | Faixa típica sobrepõe-se a bandas de aço estrutural (por exemplo, várias centenas de MPa) | Tipicamente maior faixa superior do que S235 |
| Alongamento (A) | Geralmente boa ductilidade; alongamento tipicamente adequado para conformação (varia com a espessura) | Alongamento ligeiramente menor em espessura comparável devido à maior resistência, mas ainda boa ductilidade |
| Tenacidade ao Impacto | Variantes (JR, J0, J2) definem energias mínimas de impacto em temperaturas prescritas; geralmente boa a temperatura ambiente | Variantes de tenacidade semelhantes disponíveis; a seleção depende da temperatura de impacto requerida |
| Dureza | Dureza baixa a moderada típica de aços estruturais; facilmente usináveis | Dureza ligeiramente mais alta em média devido à maior resistência |
Explicação: - S275 é o grau mais forte por design, pois seu limite mínimo garantido é mais alto. O aumento no limite de escoamento geralmente vem com um aumento modesto na resistência à tração e uma pequena redução no alongamento/conformabilidade, mas a tenacidade pode ser igualada selecionando a variante apropriada JR/J0/J2 ou usando processamento normalizado. - Como ambos os graus são de baixo carbono, eles mantêm boa ductilidade e tenacidade ao impacto quando fornecidos na condição de entrega apropriada.
5. Soldabilidade
Fatores chave: - O baixo teor de carbono e baixo teor de liga em ambos S235 e S275 geralmente lhes conferem boa soldabilidade quando procedimentos padrão são seguidos. - Maior equivalência de carbono ou a presença de elementos de microligação aumentam a endurecibilidade e o potencial para trincas a frio; portanto, temperaturas de pré-aquecimento e interpassagem podem ser especificadas para seções mais grossas ou para aços com maior CE ou Pcm.
Índices de soldabilidade úteis:
- Equivalente de Carbono (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (reduzindo a soldabilidade):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação: - Para ambos os graus, os valores de CE e Pcm são tipicamente baixos em comparação com aços de liga de alta resistência, indicando soldagem direta com consumíveis e procedimentos padrão. No entanto, à medida que a espessura aumenta ou quando a microligação está presente, CE/Pcm aumentam e controles de soldagem apropriados (pré-aquecimento, temperatura de interpassagem, tratamento térmico pós-solda onde necessário) devem ser aplicados. - Especifique o metal de adição correto para corresponder às propriedades mecânicas e evitar subdimensionamento de juntas críticas. Para estruturas cíclicas ou sensíveis à fadiga, leve em conta tensões residuais e possível dureza na HAZ.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- S235 e S275 são aços carbono não inoxidáveis; eles não oferecem resistência intrínseca à corrosão atmosférica ou agressiva. As estratégias de proteção incluem:
- Galvanização a quente para corrosão atmosférica e exposição externa a longo prazo.
- Sistemas de pintura e primers (por exemplo, epóxi, poliuretano, primers ricos em zinco).
-
Revestimentos locais (spray, pincel) ou metalização para reparo e retoque.
-
Métricas inoxidáveis como PREN não são aplicáveis a aços estruturais não inoxidáveis. Para completude, a fórmula PREN (usada para ligas inoxidáveis) é:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice é irrelevante para S235/S275 porque seus conteúdos de cromo, molibdênio e nitrogênio são muito baixos e não destinados a fornecer resistência à corrosão.
7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade
- Conformação: Ambos os graus são dúcteis e conformáveis; S235 é geralmente mais fácil de conformar devido ao seu menor limite de escoamento. Quando raios apertados são necessários, S235 pode ser preferido, a menos que o projeto exija a maior resistência de S275.
- Dobra: O retorno elástico é ligeiramente maior para S275 devido ao maior limite de escoamento; ajuste as ferramentas/dobra de volta conforme necessário.
- Corte e perfuração: Ambos são facilmente usináveis por plasma, oxi-combustível, laser ou processos mecânicos. O desgaste da ferramenta aumenta modestamente com a resistência; ajuste as alimentações e ferramentas ao passar de S235 para S275.
- Usinabilidade: Boa para ambos quando nas condições normalizadas/laminadas; se variantes de maior dureza ou produtos fortemente microligados forem usados, a usinabilidade pode declinar.
- Acabamento: Os requisitos típicos de preparação de superfície e priming são semelhantes; a remoção de respingos de solda e práticas de moagem são idênticas.
8. Aplicações Típicas
| S235 (usos típicos) | S275 (usos típicos) |
|---|---|
| Componentes estruturais leves a médios: seções de construção gerais, estruturas, suportes, corrimãos, membros estruturais leves | Membros estruturais mais pesados onde maior limite mínimo de escoamento é requerido: estruturas de chassi, componentes de guindaste, vigas e colunas maiores |
| Seções formadas a frio, estruturas soldadas onde alta ductilidade e boa soldabilidade são prioridades | Situações que requerem seções transversais menores para a mesma carga ou onde a economia de peso é benéfica |
| Peças mecânicas não críticas, equipamentos agrícolas, cercas | Peças mecânicas de duty moderado, componentes estruturais em infraestrutura onde resistência ligeiramente maior melhora o desempenho |
Racional de seleção: - Escolha S235 onde a conformação, custo e facilidade de soldagem são priorizados e onde o requisito de limite de escoamento do projeto é satisfeito por 235 MPa. - Escolha S275 onde códigos de projeto, casos de carga ou otimização de peso/seção exigem o maior limite de escoamento garantido (275 MPa) enquanto mantém boa soldabilidade e tenacidade.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: S275 é tipicamente marginalmente mais caro que S235 devido à sua especificação de limite de escoamento mais alto e, às vezes, controle de fabricação/processo mais rigoroso. A diferença de preço é frequentemente modesta nos mercados de produtos de usina.
- Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em chapas, bobinas, barras e formas estruturais na maioria dos mercados. S235 é extremamente comum para estoque estrutural geral; S275 também é comum, particularmente em regiões ou aplicações que especificam o limite de escoamento mais alto.
- Formas de produto: Placas e chapas em uma variedade de espessuras; produtos longos (ângulos, canais) e seções; a disponibilidade por espessura e condição de entrega (JR, J0, J2; normalizado; TMCP) varia por usina e região.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | S235 | S275 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Excelente (muito boa) | Muito boa, mas ligeiramente mais sensível quando mais espesso ou microligado |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Limite mínimo mais baixo; excelente ductilidade | Limite mínimo mais alto; opções de tenacidade semelhantes disponíveis com condição de entrega apropriada |
| Custo | Tipicamente mais baixo | Tipicamente ligeiramente mais alto |
Recomendações: - Escolha S235 se: - O requisito mínimo de escoamento do projeto não exceder 235 MPa. - Facilidade de conformação, menor custo e máxima ductilidade são prioridades. - Você requer a maior disponibilidade padrão para peças estruturais leves a médias.
- Escolha S275 se:
- O projeto requer o maior limite de escoamento garantido de 275 MPa para reduzir tamanhos de seção ou peso.
- Propriedades de tração/escoamento ligeiramente mais altas são necessárias sem passar para aços de alta liga.
- Você prefere uma margem de resistência para membros estruturais enquanto mantém boa soldabilidade e tenacidade com o processamento correto.
Nota final: Ao selecionar entre S235 e S275, sempre verifique a condição de entrega requerida (JR/J0/J2, normalizado, TMCP), limites dependentes da espessura e quaisquer restrições específicas do projeto (procedimentos de solda, temperatura de impacto, proteção contra corrosão). Combine o grau de aço com os requisitos funcionais (carga, fadiga, ambiente) em vez de apenas preço para evitar retrabalho e garantir desempenho a longo prazo.