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

Introdução

SPHC e SPHD são dois graus de aço laminado a quente comumente especificados segundo o JIS (Padrão Industrial Japonês) usados em fabricação, componentes automotivos, estruturas gerais e manufatura leve. Engenheiros e equipes de compras frequentemente escolhem entre eles ao equilibrar custo, conformabilidade, soldabilidade e o desempenho mecânico necessário para peças estampadas, dobradas ou soldadas.

A principal distinção técnica relevante para a seleção de componentes é que o SPHD é produzido e especificado para oferecer maior plasticidade (ductilidade e conformabilidade) em relação ao SPHC, que é um grau de qualidade comercial de uso geral. Como ambos são aços de baixo carbono e baixa liga, o dilema de seleção geralmente se concentra no desempenho de conformação (estampagem profunda, dobra extensiva) em comparação com a ampla disponibilidade e menor custo de um produto de qualidade comercial.

1. Normas e Designações

• JIS: SPHC e SPHD são graus designados pelo JIS na família de aços macios laminados a quente.
• Outras normas:
• ASTM/ASME: Equivalentes aproximados são aços laminados a quente de baixo carbono de uso geral (por exemplo, graus comerciais ASTM A1011), mas a equivalência direta não deve ser assumida sem referência a requisitos específicos de propriedades e certificação.
• EN: Papéis semelhantes são desempenhados por aços EN como S235JR/S235J0 para produtos laminados a quente estruturais ou de qualidade geral; novamente, as correspondências devem ser validadas por requisitos químicos e mecânicos.
• GB (China): Vários aços da família Q235 atendem a mercados semelhantes.
• Classificação: Tanto o SPHC quanto o SPHD são aços de carbono de baixo carbono e não inoxidáveis (não HSLA, não aço ferramenta, não inoxidável). Eles são destinados a usos de conformação e estrutura geral, em vez de aplicações de alta resistência ou resistência à corrosão.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tanto o SPHC quanto o SPHD são projetados como aços de baixo carbono e baixa liga. Eles dependem de adições deliberadas mínimas; a estratégia de liga é manter o carbono e os elementos residuais baixos para garantir boa conformabilidade a frio, soldabilidade e baixo custo.

Explicação: A intenção de liga para ambos os graus é adições mínimas: o suficiente de Mn e Si para desoxidação e resistência básica, enquanto mantém elementos que aumentam a temperabilidade ou reduzem a ductilidade (C, Cr, Mo, etc.) em níveis baixos. As especificações do SPHD e o processamento da usina visam melhorar a plasticidade por meio de limites mais rigorosos e controle de processo, em vez de por meio de significativa liga química.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura: - A microestrutura como laminada para ambos os graus é tipicamente ferrita com bolsões de perlita (típico de aços laminados a quente de baixo carbono). A fração de volume de perlita é pequena porque o carbono é baixo. - A morfologia de inclusão e o tamanho do grão dependem da prática de fabricação de aço e dos cronogramas de laminação/recocção.

Resposta ao processamento: - SPHC: Produzido como um produto laminado a quente geral com resfriamento controlado padrão. A microestrutura é geralmente ferrita/pearlita grossa. A normalização raramente é aplicada para esses graus comerciais; melhorias nas propriedades mecânicas por meio de tratamento térmico são limitadas porque não são destinados a uso temperado/recocido. - SPHD: Embora quimicamente semelhante, o SPHD é processado e especificado para melhorar a conformabilidade. Isso pode incluir controle mais rigoroso da temperatura de acabamento da laminação a quente, resfriamento controlado para refinar a estrutura do grão e potencial recocção leve para melhorar a ductilidade. O efeito é uma microestrutura ferrítica mais fina e uma população de inclusões mais limpa que melhora a conformabilidade.

Efeitos de tratamentos térmicos comuns e rotas termo-mecânicas: - O recocção (intercrítica ou total) aumentará a ductilidade para ambos os graus, mas o SPHD é mais propenso a ser fornecido com histórico de processamento voltado para preservar a ductilidade. - O resfriamento e tempera ou tratamentos térmicos pesados não são típicos para esses graus; eles não são formulados para respostas de endurecimento martensítico devido ao baixo carbono e à falta de elementos de temperabilidade. - O controle termo-mecânico (laminação controlada e resfriamento acelerado) pode aumentar modestamente a resistência sem sacrificar a ductilidade — geralmente uma rota para aços HSLA em vez de SPHC/SPHD.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo está uma comparação qualitativa refletindo o comportamento típico desses graus comerciais laminados a quente do JIS. Certificados específicos da usina e especificações de compra devem ser usados para cálculos de design.

Explicação: O fator crítico de seleção é a conformabilidade: o SPHD é direcionado para oferecer maior elongação e comportamento de deformação plástica superior (estampagem profunda, dobra severa) em comparação com o SPHC de uso geral. As diferenças de resistência geralmente são pequenas e sobrepostas; escolher o SPHD raramente se trata de aumento de resistência, mas sim de comportamento plástico previsível e melhorado durante a conformação.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de ambos, SPHC e SPHD, é geralmente boa devido ao baixo teor de carbono e baixo conteúdo de liga, mas a microaliagem e o processamento podem influenciar a suscetibilidade a trincas a frio e endurecimento da zona afetada pelo calor (HAZ).

Fórmulas comuns de avaliação de soldabilidade: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (parâmetro de 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 (qualitativa): - Para esses graus de baixo carbono, os valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ são tipicamente baixos, indicando boa soldabilidade geral com consumíveis de soldagem de aço carbono padrão e procedimentos de pré-aquecimento. - A melhor ductilidade do SPHD reduz o risco de distorção e trincas induzidas pela solda durante operações de conformação, mas como o SPHD pode ser fornecido com rendimento ligeiramente mais baixo e maior ductilidade, a prática de soldagem deve considerar o potencial de distorção residual em espessuras finas. - O pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-solda geralmente não são necessários para espessuras moderadas, mas sempre siga as especificações do procedimento de soldagem (WPS) com base na espessura, restrição e ambiente de serviço.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, SPHC ou SPHD, é aço inoxidável; eles estão sujeitos à corrosão em ambientes atmosféricos e industriais.
• Proteções padrão:
• A galvanização a quente, eletrogalvanização ou sistemas pré-pintados/revestidos fornecem proteção sacrificial ou de barreira.
• Revestimentos orgânicos (tintas, revestimentos em pó) são comuns para peças acabadas.
• Óleo ou inibidores de ferrugem temporários podem ser usados durante o armazenamento e transporte.
• PREN não é aplicável a esses aços não inoxidáveis. Se avaliando alternativas inoxidáveis, o índice PREN pode ser usado: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• As tolerâncias de corrosão (espessura do material, seleção de revestimentos) são baseadas no ambiente e na vida útil esperada; a galvanização é uma escolha econômica comum para exposições estruturais.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade: O SPHD é otimizado para conformação (estampagem, estampagem profunda, múltiplas dobras) e mostrará menos fissuras, melhor resistência a rugas e maior elongação uniforme do que o SPHC em histórias de processamento equivalentes.
• Dobra: O SPHD tolera raios de dobra mais apertados e estampagens mais profundas com risco reduzido de trincas nas bordas.
• Usinabilidade: Ambos os graus têm usinabilidade moderada; o SPHC com teor de enxofre ligeiramente mais alto (se especificado para melhorar a usinabilidade) pode ser mais fácil de usinar, mas a prática padrão é selecionar subgraus melhorados em usinabilidade quando necessário.
• Corte e estampagem: Ambos são facilmente estampados; o SPHD pode ter um desempenho melhor em prensas de alta velocidade quando estampagens complexas são necessárias.
• Operações secundárias (conformação após soldas, endireitamento térmico) devem levar em conta tensões residuais; a maior ductilidade do SPHD muitas vezes reduz a variabilidade do retorno elástico na conformação.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha SPHC pela ampla disponibilidade, menor custo e quando as operações de conformação são simples ou quando um rendimento mais alto pode ser aceitável. - Escolha SPHD quando o processo envolver estampagem profunda, dobra severa ou outras operações de conformação de alta tensão onde comportamento plástico previsível e maior elongação são necessários.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: O SPHC é tipicamente o produto de menor custo e de uso geral devido a volumes de produção mais amplos e controle de processo menos rigoroso. O SPHD pode ter um pequeno prêmio devido ao controle mais rigoroso da química, processamento e métricas de conformabilidade garantidas.
• Disponibilidade: O SPHC está amplamente disponível em muitas espessuras e bobinas de várias usinas. A disponibilidade do SPHD pode ser ligeiramente mais limitada por usina e região, mas geralmente é estocada para cadeias de suprimento automotivas e de eletrodomésticos. A disponibilidade da forma do produto (bobina, chapa, placa) varia de acordo com a usina e o mercado; sempre confirme o prazo de entrega com os fornecedores.

10. Resumo e Recomendação

Tabela resumo

Recomendação: - Escolha SPHC se seus requisitos priorizam disponibilidade e custo para peças estruturais gerais e estampadas onde a conformação profunda e a máxima ductilidade não são críticas. - Escolha SPHD se suas peças sofrerem deformação plástica significativa (estampagem profunda, dobra severa, conformação em múltiplas etapas) e você exigir elongação previsível, maior e melhor conformabilidade, mesmo a um pequeno prêmio.

Nota final: SPHC e SPHD são graus de baixo carbono laminados a quente com forças sobrepostas. A principal decisão de engenharia gira em torno da conformabilidade — escolha o grau correspondente à severidade da conformação, verifique os certificados da usina para limites químicos e mecânicos e valide os procedimentos de conformação e soldagem em lotes de material representativos antes da produção em larga escala.