SPHC vs SPHD – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

SPHC e SPHD são dois graus de aço laminado a quente designados pela JIS comumente especificados em chapas e tiras para operações estruturais e de conformação. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de produção frequentemente enfrentam a escolha entre eles ao equilibrar custo, conformabilidade e requisitos de processamento a montante. Os contextos típicos de decisão incluem se priorizar o desempenho de conformação profunda e a qualidade de superfície rigorosa (peças intensivas em conformação) em comparação com aplicações estruturais gerais onde custo e disponibilidade são os principais fatores.

A distinção principal é que o SPHD é produzido e especificado para melhorar a conformabilidade e as características de conformação em relação ao SPHC, que é um grau comercial de uso geral. Como ambos são usados para famílias de peças semelhantes, a comparação direta é frequente em revisões de design e especificações de compras.

1. Normas e Designações

• JIS (Normas Industriais Japonesas):
• SPHC — Chapas, folhas e tiras de aço laminado a quente para conformação geral (qualidade comercial).
• SPHD — Chapas, folhas e tiras de aço laminado a quente para conformação (conformabilidade melhorada).
• ASTM/ASME: Não há equivalente direto um a um da ASTM; os análogos mais próximos são os aços laminados a quente genéricos cobertos sob as famílias ASTM A1011 / A1008 (qualidade comercial vs qualidade de conformação), mas as diferenças de especificação variam por química e tolerâncias permitidas.
• EN: A família EN 10025 cobre aços estruturais e outras normas EN cobrem graus de conformação/conformação profunda; a equivalência requer verificação de química e propriedades mecânicas caso a caso.
• GB (China): Aços comerciais e de conformação laminados a quente chineses (por exemplo, série Q235 para graus gerais) podem servir funções semelhantes, mas não são equivalentes diretos sem comparação cruzada.

Classificação: Tanto o SPHC quanto o SPHD são aços carbono (baixo carbono) em vez de aços de liga, ferramenta, inoxidáveis ou HSLA. Algumas variantes de usina podem incluir elementos de microligação em níveis de traço para controle de propriedades, mas ambos são principalmente aços laminados a quente de baixo carbono.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: A tabela fornece uma estratégia de composição qualitativa em vez de limites específicos de porcentagem de peso. Ambos os graus são intencionalmente de baixa liga/baixo carbono; o SPHD coloca uma ênfase maior em minimizar elementos e impurezas que degradam a qualidade da superfície e a conformabilidade (P, S, N livre e C alto).

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência e a capacidade de endurecimento, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade. O menor carbono no SPHD melhora a conformabilidade. - O manganês aumenta a resistência e a capacidade de endurecimento e ajuda na desoxidação; o excesso de Mn pode reduzir ligeiramente a conformabilidade. - O silício é usado para desoxidação; o alto Si pode reduzir a qualidade da superfície e a capacidade de revestimento. - A microligação (V, Nb, Ti) quando presente em pequenas quantidades pode refinar o tamanho do grão e aumentar a resistência sem grandes perdas de ductilidade, mas tais elementos geralmente são evitados para graus de conformação profunda.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - SPHC: Microestrutura de ferrita–perlita produzida por laminação a quente e resfriamento controlado. O tamanho do grão e a fração de perlita dependem da taxa de resfriamento; geralmente equilibrados para resistência e ductilidade moderadas. - SPHD: Também ferrita–perlita, mas com controle de processo ajustado para produzir um tamanho de grão de ferrita mais fino e menor fração de perlita (ou espaçamento lamelar mais fino) para melhorar a conformabilidade e a elongação uniforme.

Tratamento térmico e processamento: - Ambos os graus são normalmente fornecidos na condição de laminado a quente. Eles não são destinados ao tratamento de têmpera e revenimento típico de aços estruturais de alta resistência. - A normalização pode refinar o tamanho do grão e aumentar modestamente a resistência e a tenacidade para ambos os graus, mas raramente é aplicada ao SPHD porque pode alterar a conformabilidade. - O processamento termomecânico controlado (TMCP) não é típico para SPHC/SPHD de commodities, embora algumas usinas possam aplicar laminação controlada e resfriamento acelerado para alcançar faixas de propriedades mais estreitas. - O trabalho a frio (por exemplo, decapagem, passagens de pele) afeta o acabamento da superfície e as propriedades mecânicas; o SPHD frequentemente recebe um processamento de superfície mais rigoroso para aplicações de conformação.

4. Propriedades Mecânicas

Explicação: O SPHD é formulado e processado para proporcionar ductilidade superior e comportamento de conformação consistente; o SPHC enfatiza ampla aplicabilidade e competitividade de custo. Os valores de teste mecânico dependem da espessura e da usina; quando números exatos são necessários, consulte a certificação da usina ou tabelas JIS para o lote específico.

5. Soldabilidade

A soldabilidade em aços laminados a quente de baixo carbono é geralmente boa, mas depende do teor de carbono, da liga e dos níveis de impurezas. Dois índices de soldabilidade comumente usados são mostrados abaixo.

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

• Índice Internacional/Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Tanto o SPHC quanto o SPHD são de baixo carbono e, portanto, geralmente fáceis de soldar com processos comuns (MIG/MAG, SMAW, TIG). - O menor carbono do SPHD e o controle mais rigoroso de impurezas frequentemente o tornam ligeiramente mais tolerante durante a soldagem (menor suscetibilidade a trincas a frio e menor tendência a formar microestruturas duras na ZTA). - A microligação em algumas variantes (Nb, V, Ti) pode elevar marginalmente $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ e pode exigir pré-aquecimento ou temperaturas de interpassagem controladas para seções mais espessas. - Para fabricados críticos, siga os certificados da usina do fabricante e as diretrizes de tratamento térmico pré/pós-soldagem e realize controle de hidrogênio, particularmente em seções mais espessas e soldas em múltiplas camadas.

6. Corrosão e Proteção da Superfície

• Nenhum dos dois, SPHC ou SPHD, é inoxidável; a resistência à corrosão é a de aço carbono simples e deve ser gerenciada para a vida útil do serviço.
• Medidas de proteção típicas:
• Galvanização a quente para proteção contra corrosão atmosférica.
• Galvanização eletrolítica, revestimento de bobinas ou pintura para melhorar a estética e a resistência à corrosão.
• Revestimentos de conversão (fosfatização) antes da pintura ou conformação para ajudar na adesão.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) se aplica a graus inoxidáveis e não é relevante para SPHC ou SPHD, mas para referência: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice não é aplicável a esses aços não inoxidáveis.

Ao especificar acabamento de superfície e proteção, considere os danos induzidos pela conformação aos revestimentos: para conformação profunda (SPHD), selecione revestimentos e pré-tratamentos projetados para conformação de alta deformação para evitar trincas ou delaminação.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte: Plasma, laser ou cisalhamento mecânico são todos utilizados. Ambos os graus cortam facilmente; a qualidade de superfície melhorada do SPHD pode reduzir o acabamento secundário.
• Dobragem e conformação: O SPHD supera o SPHC em conformação profunda e conformação de alta deformação devido ao menor carbono, controle mais rigoroso de impurezas e acabamento de superfície processado; geralmente tolera raios de dobra menores e geometrias mais complexas sem trincas.
• Maquinabilidade: Ambos os graus são usináveis como aços macios; os fatores de maquinabilidade são principalmente influenciados por carbono, adições de enxofre (variantes de corte livre) e dureza. SPHC e SPHD não são otimizados para operações de usinagem livre.
• Acabamento: Qualidade de superfície mais consistente no SPHD; o SPHC pode apresentar mais escala e irregularidades de superfície que requerem decapagem/jateamento para acabamentos críticos.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Use SPHC quando custo, ampla disponibilidade e desempenho de conformação aceitável forem suficientes. - Use SPHD quando os designs exigirem alta conformabilidade, controle rigoroso da superfície ou operações de conformação mais severas.

9. Custo e Disponibilidade

• O SPHC é tipicamente o mais barato e mais amplamente disponível entre as chapas laminadas a quente em todas as faixas de espessura e centros de serviço.
• O SPHD exige um prêmio modesto devido ao controle mais rigoroso de química e superfície e pode ter um fornecimento mais restrito em certas regiões ou espessuras.
• Formas de produto: bobina, chapas e blanks; ambos são comumente produzidos como bobinas. Para fabricação just-in-time, confirme os estoques locais da usina e os prazos de entrega para SPHD, pois prazos de entrega de compras mais longos podem compensar os benefícios do material.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações: - Escolha SPHC se você precisar de um aço laminado a quente econômico e prontamente disponível para componentes estruturais gerais, soldados ou levemente conformados onde conformabilidade extrema não é necessária. - Escolha SPHD se sua aplicação exigir desempenho superior em conformação profunda, maior elongação uniforme e qualidade de superfície rigorosa após a conformação (por exemplo, painéis internos automotivos, peças estampadas complexas), e você estiver disposto a aceitar um modesto prêmio de material e potencialmente prazos de entrega mais longos.

Nota final: Sempre confirme os certificados químicos e mecânicos exatos da usina para o lote que você pretende usar. Como tanto o SPHC quanto o SPHD são definidos pela intenção do processo e pela prática da usina, em vez de química de alta liga, as variações de propriedades podem variar por fornecedor e espessura; a seleção de material deve combinar revisão de especificações, testes de conformação e colaboração com fornecedores para garantir comportamento nominal na produção.