S275 vs S355 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

S275 e S355 são dois aços estruturais europeus amplamente utilizados especificados na EN 10025. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam as compensações entre custo, resistência, soldabilidade e demandas de fabricação ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem: minimizar peso enquanto mantém margens de segurança (favorecendo maior resistência), equilibrar facilidade de fabricação e risco de soldagem (favorecendo menores equivalentes de carbono) e gerenciar custo e disponibilidade de componentes.

A principal distinção técnica é que o S355 é especificado com uma resistência mínima ao escoamento mais alta do que o S275, e muitos subgrupos do S355 incorporam microligação ou requisitos de tenacidade mais rigorosos, que juntos influenciam o processamento e a seleção. Como ambos são aços estruturais de baixo carbono/HSLA com janelas químicas semelhantes, eles são comumente comparados para vigas, chapas, seções e fabricados soldados onde o desempenho estrutural, tenacidade e custo devem ser equilibrados.

1. Normas e Designações

• EN: família EN 10025 — S275 e S355 são graus de aço estrutural europeu (por exemplo, S275JR, S355J0, S355J2).
• ASTM/ASME: Não há equivalente direto um a um na ASTM; papéis semelhantes são desempenhados pelos graus ASTM A36 (menor resistência) ou ASTM A572 (baixo carbono de alta resistência).
• JIS: As normas japonesas não se mapeiam diretamente, mas têm aços de carbono/aços estruturais com propriedades semelhantes.
• GB (China): Os graus de aço estrutural GB/T têm classes comparáveis; consulte certificados de material específicos em vez de assumir equivalência.
• Classificação: Tanto S275 quanto S355 são considerados aços estruturais de carbono-manganês dentro da família HSLA (Aço de Baixa Liga de Alta Resistência) quando microligados; não são aços inoxidáveis, de ferramenta ou de alta liga.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir mostra intervalos de composição típicos para os graus S275 e S355 comumente fornecidos. Estes são intervalos indicativos; os limites químicos exatos dependem do subgrupo específico da EN 10025 e da certificação do fabricante. Sempre verifique os certificados da usina para cálculos de design.

Elemento	S275 Típico (wt%)	S355 Típico (wt%)
C (Carbono)	0.10 – 0.20	0.12 – 0.22
Mn (Manganês)	0.60 – 1.50	0.60 – 1.70
Si (Silício)	≤ 0.55 (tipicamente 0.10–0.35)	≤ 0.55 (tipicamente 0.10–0.35)
P (Fósforo)	≤ 0.035 (máx. especificado)	≤ 0.035 (máx. especificado)
S (Enxofre)	≤ 0.035 (máx. especificado)	≤ 0.035 (máx. especificado)
Cr (Cromo)	traço – não especificado	traço – às vezes presente
Ni (Níquel)	traço – não especificado	traço – às vezes presente
Mo (Molibdênio)	traço, se houver	traço, se houver
V (Vanádio)	geralmente nenhum; alguns graus microligados contêm V	pode conter V em variantes microligadas
Nb (Nióbio / Cb)	geralmente nenhum	frequentemente presente em quantidades controladas para algumas variantes S355
Ti (Titânio)	opcionalmente presente como desoxidante	opcionalmente presente em material microligado
B (Boro)	tipicamente não utilizado	raramente utilizado em graus estruturais
N (Nitrogênio)	baixo, controlado	baixo, controlado

Como a liga influencia o comportamento: - O carbono e o manganês controlam principalmente a resistência base e a temperabilidade; maiores teores de C e Mn aumentam a resistência, mas reduzem a soldabilidade e a conformabilidade. - O silício e pequenas adições de Cr, Ni, Mo podem aumentar ligeiramente a resistência e a temperabilidade. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) permitem maior resistência por meio do endurecimento por precipitação e refino de grão sem grandes aumentos de carbono — benéfico para variantes S355 para alcançar 355 MPa de escoamento enquanto mantém soldabilidade e tenacidade. - O fósforo e o enxofre são mantidos baixos para preservar a tenacidade e a soldabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - S275 laminado: predominantemente ferrita com ferrita poligonal e alguma perlita dependendo da taxa de resfriamento e do teor de carbono. O tamanho do grão e a morfologia da ferrita são controlados pela laminação termo-mecânica. - S355 laminado: ferrita-perlita com tamanho de grão de ferrita mais fino em variantes microligadas; a precipitação de carbo-nitretos (NbC, VC) em graus microligados fortalece ao dificultar o movimento de discordâncias.

Resposta ao tratamento térmico: - Normalização: Ambos os graus respondem à normalização com refino de grão modesto e resistência e tenacidade ligeiramente mais altas; usado raramente para grandes seções estruturais. - Resfriamento e revenimento: Não é típico para entregas estruturais padrão S275/S355; poderia ser aplicado a variantes especialmente tratadas termicamente, mas está fora da prática normal da EN 10025. - Processamento de controle termo-mecânico (TMCP): Comum para S355 para obter maior escoamento e melhorar a tenacidade sem alto carbono. TMCP produz grãos mais finos e um equilíbrio favorável entre resistência e ductilidade.

Efeito das rotas de processamento: - O material microligado/TMCP S355 alcança maior escoamento com sacrifício mínimo à soldabilidade e tenacidade em comparação com simplesmente aumentar o carbono. - O S275 é geralmente mais tolerante à conformação a frio e menos exigente em pré-aquecimento de soldagem devido à menor resistência e frequentemente menor equivalente de carbono.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo estão os intervalos representativos das propriedades mecânicas. Os valores dependem do subgrupo (JR, J0, J2), espessura e processamento; trate os intervalos como indicativos e verifique contra os certificados de teste da usina fornecidos.

Propriedade	S275 (típico)	S355 (típico)
Resistência ao escoamento (MPa, min)	275	355
Resistência à tração (MPa)	410 – 560	470 – 630
Alongamento (%)	20 – 25 (depende da espessura)	18 – 22 (depende da espessura)
Tenacidade ao impacto (Charpy V, J)	JR: 27 J @ +20°C; variantes J0/J2 para temperaturas mais baixas	JR/J0/J2 disponíveis: por exemplo, 27 J @ +20°C (JR) ou 27 J @ 0°C / −20°C (J0/J2) dependendo do subgrupo
Dureza (HBW, típico)	~120 – 180 (varia)	~140 – 200 (varia)

Interpretação: - Resistência: O S355 é o grau mais forte por design (maior escoamento especificado e maiores intervalos de tração). - Tenacidade: Ambos os graus podem ser fornecidos com classificações de energia de impacto semelhantes ao selecionar subgrupos apropriados (por exemplo, JR vs J0/J2). A espessura e o tratamento térmico determinam o desempenho da tenacidade. - Ductilidade: O S275 geralmente apresenta um alongamento ligeiramente maior, tornando-o um pouco mais tolerante em operações de conformação. - A dureza correlaciona-se com a resistência; o S355 geralmente apresenta dureza mais alta, o que afeta a usinagem e o desgaste das ferramentas.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é governada principalmente pelo teor de carbono e equivalente de carbono (temperabilidade). A microligação e os resíduos também são importantes.

Índices de soldabilidade comuns: - Equivalente de carbono do Instituto Internacional de Soldagem: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parâmetro prático do Instituto Internacional de 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: - O S355 geralmente tem um equivalente de carbono marginalmente mais alto do que o S275 devido ao maior carbono e possíveis adições de microligação; isso aumenta a propensão a zonas duras induzidas por soldagem e fissuração por hidrogênio se não for gerenciado. - Os graus microligados S355 frequentemente dependem de baixo carbono mais adições de Nb/V/Ti; isso proporciona maior resistência com CE relativamente controlado, mitigando o pré-aquecimento excessivo em comparação com aços de alto carbono. - Orientação prática: para seções mais grossas ou serviço em baixa temperatura, aplique pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas conforme avaliação de CE ou Pcm; use consumíveis apropriados e tratamento térmico pós-soldagem, se necessário.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, S275 ou S355, é aço inoxidável; a resistência geral à corrosão é semelhante e limitada à resistência básica típica de aços de carbono-manganês simples.
• Estratégias de proteção típicas:
• Galvanização a quente para proteção contra corrosão atmosférica (comum para elementos estruturais).
• Sistemas de pintura (primer + camada de acabamento) para estruturas arquitetônicas e expostas ao mar.
• Metalização, revestimentos poliméricos ou ânodos sacrificiais para ambientes agressivos.
• Índices inoxidáveis (PREN) não são aplicáveis para S275/S355, pois não são aços inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Esta fórmula é significativa apenas para ligas inoxidáveis que contêm Cr/Mo/N significativos.

Quando considerar outros materiais: - Para ambientes ricos em cloretos ou quimicamente agressivos, considere ligas resistentes à corrosão em vez de confiar apenas em revestimentos.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Corte: Corte a plasma, oxicombustível e a laser são rotineiros. A maior resistência do S355 pode exigir energias de corte ligeiramente mais altas e mais atenção às propriedades da zona afetada pelo calor (HAZ).
• Conformação/dobra: O S275, com menor escoamento e um pouco mais de alongamento, é geralmente mais fácil de conformar a frio e pode tolerar raios de dobra menores. O S355 requer raios de dobra maiores ou pré-aquecimento para geometrias apertadas para evitar fissuração.
• Usinabilidade: Ambos não são considerados aços de usinagem livre; a maior resistência e dureza no S355 podem aumentar o desgaste das ferramentas e reduzir as taxas de avanço alcançáveis. Use ferramentas, velocidades e refrigerantes apropriados.
• Acabamento: Tratamento de superfície, endireitamento e práticas de alívio de tensão seguem os procedimentos padrão de aço estrutural. Para montagens soldadas, considere o controle de distorção mais no S355 devido a tensões de restrição mais altas.

8. Aplicações Típicas

S275 – Usos Típicos	S355 – Usos Típicos
Seções estruturais leves, vigas secundárias, terças, suportes, fabricação geral onde resistência moderada é suficiente e o custo é crítico	Vigas principais, membros estruturais pesados, componentes de pontes, estruturas de jaquetas offshore, trilhos de guindaste de alta carga onde maior escoamento e redução da espessura da seção (economia de peso) são importantes
Estruturas de aço arquitetônicas, passarelas, plataformas, suportes de fachada	Estruturas de alta carga, chapas pesadas, componentes estruturais que requerem maior tensão de projeto ou espessura reduzida
Fabricações soldadas gerais com conformação frequente	Fabricações onde maior tenacidade em temperaturas mais baixas e maior relação resistência/peso são priorizadas

Racional de seleção: - Escolha S275 quando menor custo, conformação/soldagem mais fácil e seções permitidas mais grossas forem aceitáveis. - Escolha S355 quando maior resistência ao escoamento permitir seções mais finas e redução de peso, ou onde códigos de projeto exigem valores mínimos de escoamento.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: O S355 geralmente tem um custo adicional em relação ao S275 devido ao maior controle de liga e processamento adicional (TMCP, microligação, testes). O custo adicional varia com as condições de mercado e a forma do produto.
• Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em chapas, folhas, seções laminadas e perfis estruturais. O S355 pode ser ligeiramente mais comum para chapas pesadas e aplicações estruturais de alta resistência; o S275 é frequentemente usado para seções estruturais mais leves.
• Prazos de entrega: Subgrupos especiais (por exemplo, classificações de impacto específicas, espessuras ou variantes microligadas) podem aumentar os prazos de entrega; especificação antecipada e comunicação com o fornecedor são aconselháveis.

10. Resumo e Recomendação

Tabela resumo (qualitativa):

Atributo	S275	S355
Soldabilidade	Boa (menor CE)	Boa–Moderada (maior potencial de CE; microligação ajuda)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Resistência moderada; boa ductilidade	Maior resistência; pode manter boa tenacidade com subgrupo adequado
Custo	Menor	Maior (custo adicional para maior resistência)

Recomendação: - Escolha S275 se você precisar de um aço estrutural econômico, facilmente formado e soldado para aplicações onde o escoamento de 275 MPa é suficiente, onde a simplicidade de fabricação e menor desgaste de corte/ferramentas são prioridades, e quando a redução de peso não é um objetivo principal. - Escolha S355 se seu projeto exigir maior resistência ao escoamento para reduzir a espessura da seção ou peso, ou onde tensões de projeto mais altas e tenacidade melhorada (usando subgrupos apropriados) são necessárias. Use S355 quando o programa puder acomodar um custo de material ligeiramente mais alto, controle de soldagem mais rigoroso (pré-aquecimento/interpassagem) e potencialmente maior esforço de usinagem.

Notas finais: - Sempre especifique o subgrupo exato da EN 10025 (por exemplo, JR, J0, J2 ou condições N/T) e limites de espessura nos documentos de aquisição. - Solicite certificados de teste da usina e confirme a composição química e propriedades mecânicas para cálculos de design, especificações de procedimento de soldagem (WPS) e planejamento de fabricação. - Para estruturas soldadas críticas ou serviço em baixa temperatura, avalie o equivalente de carbono usando $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ e aplique pré-aquecimento ou PWHT conforme indicado pelos códigos e normas de soldagem.