St13 vs St14 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

St13 e St14 são parentes próximos na família de aços estruturais de baixo carbono comumente usados para chapas, tiras e peças moldadas a frio. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam as compensações entre custo, conformabilidade e resistência ao selecionar entre essas duas classificações para componentes estampados, fabricados por soldagem ou painéis estruturais gerais. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de uma classificação para estampagem profunda em comparação com uma otimizada para resistência estrutural básica, ou a seleção de material que equilibre fácil fabricação com a capacidade de alcançar as propriedades mecânicas exigidas após o processamento.

A principal distinção técnica entre os dois é que uma classificação foi projetada para oferecer melhor conformabilidade sob operações comuns de trabalho a frio, enquanto a outra representa a opção de baixo carbono e uso geral mais tradicional. Como suas composições químicas e rotas de processamento são semelhantes, as duas classificações são frequentemente comparadas durante a seleção de materiais para operações de fabricação onde o desempenho de conformação, soldabilidade e custo são importantes.

1. Normas e Designações

• As normas e sistemas de designação comuns na indústria incluem:
• ASTM / ASME (Estados Unidos)
• EN (Europeu)
• JIS (Normas Industriais Japonesas)
• GB (normas nacionais chinesas)
• Especificações nacionais e proprietárias de usinas
• Classificação:
• St13 — Aço carbono (aço estrutural de baixo carbono / aço de tira)
• St14 — Aço carbono (aço estrutural de baixo carbono / aço de tira, processado para melhor conformabilidade)
• Nota: O prefixo "St" aparece em certas nomenclaturas regionais e de fornecedores para aços estruturais. O mapeamento exato para números de catálogo ASTM/EN/JIS/GB depende da norma emitida ou do certificado da usina; os usuários devem sempre solicitar a designação padrão específica e o certificado químico/mecânico dos fornecedores.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

• Em vez de citar porcentagens exatas (que variam por norma e usina), a tabela abaixo resume a estratégia típica de liga e a presença relativa de elementos-chave para cada classificação.

Explicação: Ambas as classificações são essencialmente aços de baixo carbono. A estratégia de liga para a classificação focada na conformabilidade centra-se no controle mais rigoroso do carbono e intersticiais, ajustes em Mn e Si, e controle cuidadoso da limpeza para produzir uma microestrutura e condição de superfície que facilitem a conformação a frio. A microligação (Nb, Ti, V) não é uma característica definidora de nenhuma das classificações, mas, quando utilizada, é introduzida para controlar o tamanho do grão e a tenacidade, em vez de aumentar a temperabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - St13: Microestrutura predominantemente de ferrita–pearlita após laminação a quente convencional e resfriamento ao ar; grãos de ferrita relativamente grossos dependendo da prática de laminação e enrolamento. - St14: Base de ferrita–pearlita semelhante, mas produzida com controle mais rigoroso do resfriamento e, em algumas práticas de usina, processamento termomecânico para refinar a estrutura do grão e produzir uma matriz de ferrita mais uniforme e fina que melhora a ductilidade.

Respostas ao tratamento térmico e processamento: - Recocção / Recocção de recristalização: Ambas as classificações respondem ao recocção com amolecimento e aumento da ductilidade. St14 se beneficia mais visivelmente de ciclos de recocção controlados que reduzem tensões residuais e melhoram a capacidade de conformação. - Normalização: Aumenta a resistência modestamente ao refinar o tamanho do grão; menos comumente aplicada a chapas, mas pode ser usada para formas de produtos de maior resistência. - Têmpera após resfriamento: Não típico para essas classificações de chapa de baixo carbono; têmpera e revenimento é uma rota para aços de alta resistência, mas desnecessária para aplicações gerais de St13/St14. - Laminação termomecânica: Onde implementada, pode produzir tamanho de grão mais fino e melhor conformabilidade para variantes de St14 sem uma grande penalidade de resistência.

Escolhas de processamento (temperatura de enrolamento, redução por passagem, taxa de resfriamento) são tão influentes quanto a química nominal na determinação da microestrutura final e do comportamento de conformação.

4. Propriedades Mecânicas

• Em vez de números fixos (que variam com a espessura, tempera e norma), a comparação abaixo é qualitativa e reflete o comportamento típico em formas de produtos laminados a quente ou laminados a frio + recocidos.

Interpretação: St14 é tipicamente ajustada para fornecer maior ductilidade e melhor desempenho de estiramento/dobra em operações de conformação, frequentemente alcançado por meio de controle mais rigoroso da composição e processamento otimizado na usina. Isso pode levar a valores de escoamento e tração ligeiramente reduzidos na condição fornecida, mas permite maior acomodação de deformação durante a estampagem ou estampagem profunda. Se maior resistência for necessária após a conformação, a conversão por meio de processamento apropriado ou seleção de variantes de maior resistência deve ser considerada.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade para aços de baixo carbono focam no teor de carbono, temperabilidade e liga residual. Avaliação qualitativa típica: - Tanto St13 quanto St14 são facilmente soldados por métodos comuns de fusão e resistência devido aos baixos teores de carbono e mínima liga de temperabilidade. - Onde a microligação está presente ou maior Mn é utilizado, a zona afetada pelo calor (HAZ) pode mostrar maior temperabilidade; controles de procedimento de soldagem podem ser necessários. - O uso de pré-aquecimento/pós-aquecimento e controle da entrada de calor deve ser baseado na espessura do componente e no design da junta, não apenas no nome da classificação.

Índices de soldabilidade úteis (apenas para interpretação): - Exibir exemplo de equivalente de carbono: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Outro índice: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretação: Valores mais baixos desses índices preveem menor risco de dureza da HAZ e trincas a frio. Como ambas as classificações são de baixo carbono e baixa liga, os números de equivalente de carbono calculados geralmente serão baixos, indicando boa soldabilidade. Se uma variante de processo de St14 usar qualquer microligação para refinar grãos, o procedimento de soldagem deve levar em conta a potencial endurecimento localizado.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nem St13 nem St14 são aços inoxidáveis; sua resistência à corrosão em ambientes atmosféricos e úmidos é semelhante e moderada.
• Estratégias de proteção comuns:
• Galvanização a quente ou eletrogalvanização para ambientes externos ou levemente corrosivos.
• Revestimentos orgânicos: primers, tintas e revestimento em pó para proteção decorativa e de barreira.
• Revestimentos de conversão (fosfato) para adesão de tinta e proteção temporária antes da conformação ou soldagem.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) não é aplicável para essas classificações não inoxidáveis, mas, para referência, o PREN para aços inoxidáveis é dado por: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Nota: A condição da superfície e a limpeza são críticas para a conformabilidade; alguns processos de revestimento podem reduzir a conformabilidade ou levar à trinca dos revestimentos durante a conformação — escolha revestimentos compatíveis com as operações de conformação pretendidas.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Usinabilidade: Ambas as classificações são facilmente usinadas; St14 pode ser marginalmente mais fácil de cortar em certas condições de trabalho a frio devido à ligeiramente menor resistência no estado recocido. Adições de enxofre que melhoram a usinabilidade normalmente não fazem parte dessas classificações.
• Conformação e dobra:
• St14 é ajustada para melhor conformabilidade (estampagens mais profundas, raios de dobra mais apertados e melhor desempenho de flange de estiramento) graças ao controle mais rigoroso de intersticiais e microestrutura.
• St13 apresenta bom desempenho para conformação geral, mas pode exigir raios de dobra maiores ou profundidades de estiramento mais leves para confiabilidade equivalente.
• Acabamento de superfície e manuseio de bobinas: Variantes de St14 destinadas à conformação frequentemente têm temperas de usina e condições de superfície que reduzem marcas e aumentam a lubrificação consistente durante a estampagem.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: escolha a classificação cuja capacidade de conformação, processamento pós-exigido e custo estejam alinhados com o design do produto. Se o design exigir deformação plástica severa durante a fabricação, a classificação orientada para conformabilidade frequentemente reduz o desgaste das ferramentas e a rejeição.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Ambas as classificações são de baixo custo em comparação com aços de liga ou de alta resistência. A classificação otimizada para conformabilidade pode ter um pequeno prêmio devido ao processamento e controle de qualidade mais rigorosos.
• Disponibilidade: Amplamente disponível em chapa, bobina e comprimentos cortados de usinas e distribuidores regionais. Temperas e acabamentos de superfície específicos (por exemplo, estampagem extra profunda, estampagem extra profunda + acabamento de pele) podem ter prazos de entrega; a compra deve especificar a tempera, condição de superfície e requisitos de certificado necessários.

10. Resumo e Recomendação

Escolha St13 se: - Sua aplicação for chapa estrutural geral ou fabricados soldados onde o desempenho padrão de baixo carbono é suficiente. - A minimização de custos for uma prioridade e as operações de conformação forem moderadas em severidade. - Você precisar de um aço de uso geral amplamente disponível para peças com complexidade de conformação modesta.

Escolha St14 se: - O processo de fabricação envolver estampagem profunda, dobras apertadas, dobra de borda ou outras operações de conformação a frio de alta tensão. - Taxas de rejeição mais baixas e comportamento de superfície melhorado durante a conformação forem críticos para a eficiência da produção. - Você preferir temperas e acabamentos de superfície controlados pela usina otimizados para conformação, mesmo com um pequeno custo adicional.

Nota final: Sempre solicite o certificado de teste da usina e confirme os intervalos químicos e mecânicos exatos, condição de superfície e tempera com os fornecedores. Para componentes críticos soldados ou fortemente moldados, realize testes de processo com a bobina/tempera especificada, atualize as especificações do procedimento de soldagem conforme necessário e considere testes de conformação para validar o desempenho do molde e as propriedades finais da peça.