S235JR vs S275JR – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

S235JR e S275JR são dois dos aços carbono estruturais europeus mais comumente especificados, utilizados em chapas, folhas e seções laminadas. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura enfrentam rotineiramente um dilema de seleção entre os dois: equilibrar custo e facilidade de fabricação contra a necessidade de maior resistência e margens de projeto. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha do aço para estruturas de suporte soldadas, fabricação de economia onde a conformação e a pintura são as principais proteções, ou quando aumentos marginais na resistência podem reduzir o tamanho e o peso da seção.

A principal diferença técnica entre essas classes é a resistência mínima à fluência especificada (o identificador numérico da classe), que direciona diferentes escolhas de design: S275JR oferece uma resistência mínima à fluência mais alta do que S235JR, mantendo uma química e rotas de processamento básicas semelhantes. Como pertencem à mesma família de aços não inoxidáveis de baixo liga sob a norma EN 10025, eles são comumente comparados em design estrutural e fabricação por suas compensações em resistência, tenacidade, soldabilidade e custo.

1. Normas e Designações

• EN: Tanto S235JR quanto S275JR são definidos na EN 10025-2 (aços estruturais não ligados).
• ISO: Identificadores ISO/EN correspondentes são frequentemente referenciados; descrições equivalentes ISO refletem classes de resistência mínima à fluência.
• ASTM/ASME: Essas classes não têm nomes ASTM diretos um a um; aços estruturais de baixo carbono semelhantes na prática ASTM estão disponíveis, mas a linguagem de especificação e os critérios de aceitação diferem.
• JIS/GB: Normas japonesas (JIS) e chinesas (GB) fornecem aços carbono estruturais comparáveis, mas equivalentes diretos requerem verificação dos critérios de aceitação mecânica e química.
• Classificação: Tanto S235JR quanto S275JR são aços estruturais de carbono simples/baixo liga (não inoxidáveis, não aços para ferramentas, não aços de alta resistência de baixo liga (HSLA) com microligação significativa), tipicamente agrupados como aços estruturais de carbono.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: Composição química típica (faixas aproximadas; consulte EN 10025 e certificados de fábrica do fornecedor para valores exatos—os valores variam com a espessura e as condições de entrega)

Notas: - Esses aços são intencionalmente baixos em carbono e conteúdo de baixo liga para preservar a soldabilidade e a conformabilidade. Os máximos exatos dependem da espessura e da tabela EN específica; os fornecedores emitem certificados de teste de fábrica (MTCs) que registram valores medidos. - Estratégia de liga: ambas as classes utilizam uma abordagem "baixo carbono" com manganês e silício controlados para desoxidação. Elas evitam adições significativas de Cr, Mo, Ni ou elementos de microligação nas versões padrão, mantendo a endurecibilidade e o equivalente de carbono baixos.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência e a endurecibilidade, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade quando elevado; ambas as classes mantêm o carbono baixo para preservar a tenacidade e a facilidade de soldagem. - O manganês contribui para a endurecibilidade e a resistência à tração e é limitado para manter a tenacidade. - O silício funciona como um desoxidante e aumenta ligeiramente a resistência. - O fósforo e o enxofre são controlados para minimizar a fragilização e a fragilidade a quente; seus máximos são permitidos apenas em níveis baixos.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura típica: - As microestruturas de S235JR e S275JR produzidas (normalizadas/laminadas) são compostas principalmente de ferrita e perlita. A fração relativa de perlita aumenta ligeiramente com o maior carbono e manganês, razão pela qual S275JR (com carbono/manganês marginalmente mais altos) pode apresentar resistência ligeiramente superior. - Nenhuma das classes é destinada a tratamentos de têmpera e revenimento em condições de fornecimento padrão; elas são fornecidas nas condições laminadas a quente, normalizadas ou recozidas, dependendo do processo da fábrica e do pedido.

Resposta a tratamentos térmicos comuns: - Normalização: Refina o tamanho do grão, aumenta ligeiramente a tenacidade e a resistência; ambas as classes respondem de maneira semelhante e a normalização pode ser usada quando uma uniformidade mecânica ou limpeza melhoradas são desejadas. - Recozimento: Amolece o aço e melhora a conformabilidade; usado quando maior ductilidade é necessária antes das operações de conformação. - Têmpera e revenimento: Possível, mas não típico—porque essas classes carecem de ligações significativas de endurecibilidade, a têmpera e o revenimento não desenvolverão alta resistência sem risco de baixa tenacidade, a menos que a composição química e a espessura da seção sejam rigidamente controladas. - Processamento termo-mecânico (laminação controlada): Não é uma característica padrão de S235JR ou S275JR, mas onde aplicado pode aumentar a resistência à fluência e a tenacidade—movendo o produto em direção ao comportamento HSLA. Esses produtos geralmente são designados de forma diferente.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Propriedades mecânicas típicas (faixas indicativas—verifique com normas ou MTCs)

Interpretação: - Resistência: S275JR é o mais forte dos dois por especificação—sua resistência mínima à fluência mais alta e resistência à tração tipicamente mais alta permitem tamanhos de seção reduzidos para as mesmas cargas. - Ductilidade e tenacidade: S235JR geralmente exibe um alongamento ligeiramente maior devido à menor resistência à fluência, o que pode se traduzir em uma conformabilidade marginalmente melhor. Ambas as classes requerem verificação da tenacidade ao impacto (JR = 27 J a +20°C), garantindo tenacidade básica em ambientes comuns. - Por que existem diferenças: O ligeiramente maior carbono e manganês permitidos (em média) em S275JR aumentam a resistência através de um maior equilíbrio de perlita/ferrita e potencial de endurecimento por deformação.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade: - Ambas as classes são amplamente consideradas prontamente soldáveis usando processos comuns (SMAW, GMAW/MIG, FCAW, TIG) devido ao baixo teor de carbono e ao baixo equivalente de carbono. - Índices de equivalente de carbono ajudam soldadores e engenheiros a avaliar a pré-aquecimento e a escolha de consumíveis. Fórmulas úteis incluem: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretação: Como tanto S235JR quanto S275JR têm baixo C e baixas quantidades de outros elementos de liga, seus valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ são baixos, indicando baixa endurecibilidade e baixa propensão a trincas a frio. S275JR pode ser marginalmente menos tolerante porque seu carbono/manganês nominal mais alto pode elevar ligeiramente o equivalente de carbono—isso pode justificar um pré-aquecimento modesto em seções grossas ou soldas restritas. - Conselho prático: Use metais de enchimento padrão compatíveis com aços estruturais (com resistência igual ou ligeiramente superior ao metal base para reduzir a distorção), controle a temperatura entre passes e aplique o pré-aquecimento apropriado com base na espessura, restrição e equivalente de carbono medido, em vez de apenas no nome da classe.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Essas classes são aços carbono não inoxidáveis; a resistência intrínseca à corrosão é limitada. A seleção deve considerar a exposição ambiental e os sistemas de proteção pretendidos.
• Opções típicas de proteção de superfície:
• Galvanização a quente: comum para aço estrutural onde resistência à corrosão atmosférica é necessária.
• Sistemas de pintura: primers, camadas intermediárias e camadas superiores fornecem proteção sob medida para ambientes atmosféricos, industriais ou marinhos.
• Metallização (revestimentos de zinco/Al), revestimentos em pó ou revestimentos onde necessário.
• PREN: A fórmula do número equivalente de resistência à corrosão por pite, $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ não é aplicável aqui porque S235JR e S275JR não são aços inoxidáveis e não contêm Cr, Mo ou N significativos para tornar os índices de corrosão localizada significativos.
• Orientação prática: Escolha esquemas de proteção com base na classe de exposição (ISO 12944 ou orientação semelhante) e priorize revestimentos ou galvanização para durabilidade a longo prazo.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte: Processos de corte a plasma, chama e oxi-combustível são rotineiramente utilizados; a usinagem usando carburetos padrão e ferramentas HSS é direta devido à dureza relativamente baixa.
• Maquinabilidade: Moderada—maquinabilidade típica de aço carbono; S235JR pode ser ligeiramente mais fácil de usinar do que S275JR devido à menor resistência à fluência e ligeiramente menor tendência de endurecimento por trabalho.
• Conformabilidade e dobra: Ambas as classes se conformam bem na condição entregue; S235JR é marginalmente mais tolerante para dobras apertadas e estampagem profunda devido ao maior alongamento. Os limites de conformação devem ser validados por testes de dobra ou diretrizes do fornecedor para espessuras específicas.
• Acabamento de superfície: Ambas respondem bem a tratamentos de superfície convencionais (moagem, jateamento, pintura). Tratamentos térmicos pós-solda raramente são necessários para essas classes, a menos que alívio de tensões residuais específico ou mudanças de propriedades sejam exigidos pelo projeto.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha S235JR quando a máxima conformabilidade, menor custo de material e maior ductilidade forem priorizados, e quando a resistência à fluência requerida estiver dentro de seus limites. - Escolha S275JR quando uma resistência mínima à fluência mais alta for necessária para reduzir tamanhos de seção ou atender cargas de projeto, mantendo ainda boa soldabilidade e tenacidade em temperaturas ambiente.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: S275JR é tipicamente precificado um pouco mais alto do que S235JR devido à sua especificação de resistência mais alta e requisitos químicos e mecânicos marginalmente mais rigorosos, embora os preços de mercado flutuem com os ciclos de commodities de aço.
• Disponibilidade: Ambas as classes são amplamente produzidas e disponíveis em muitas formas de produto (chapas, folhas, bobinas, seções). S235JR tende a ser mais comum em mercados estruturais de consumo de muito baixo custo, enquanto S275JR é fortemente estocado por fornecedores de aço estrutural e centros de serviços.
• Formas de produto: A disponibilidade pode variar por espessura e acabamento—consulte os fornecedores para prazos de entrega de chapas normalizadas laminadas a quente, folhas descascadas e oleadas, ou opções pré-galvanizadas.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Resumo comparativo rápido

Conclusões: - Escolha S235JR se você prioriza máxima conformabilidade, ductilidade ligeiramente maior, menor custo de material e os requisitos de resistência à fluência do projeto não excedem 235 MPa. É ideal para fabricações estruturais gerais, componentes arquitetônicos e situações onde a facilidade de dobra/conformação é valiosa. - Escolha S275JR se você precisar de maior resistência mínima à fluência para reduzir tamanhos de seção ou atender cargas de projeto mais altas, mantendo ainda boa soldabilidade e tenacidade adequada ao impacto. É adequado para aplicações estruturais mais pesadas onde a vantagem de resistência-peso e o aumento modesto na tensão permitida são importantes.

Notas práticas finais: - Sempre verifique os valores mecânicos e químicos contra o certificado de teste de fábrica do fornecedor e a norma aplicável (EN 10025 ou a norma de entrega especificada). - Baseie as escolhas de pré-aquecimento e consumíveis no equivalente de carbono medido ($CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$) e na restrição da peça, não apenas no nome da classe. - Considere revestimentos protetores cedo na aquisição para garantir compatibilidade com as etapas de fabricação (por exemplo, soldagem através de revestimentos, galvanização a quente pós-fabricação).