ST37 vs ST52 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
ST37 e ST52 são graus de aço estrutural europeu legados que engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação ainda encontram em especificações, certificados de material e desenhos legados. O dilema da seleção geralmente gira em torno de trocas entre resistência e custo, e entre soldabilidade/formabilidade e desempenho de carga. Em resumo: ST52 oferece resistência significativamente maior e capacidade de tensão de projeto, enquanto ST37 oferece fabricação mais fácil e menor custo de material.
Esses dois graus são comumente comparados porque ocupam posições adjacentes nas famílias de aço estrutural: um é um aço carbono de baixa resistência, altamente trabalhável, adequado para construção geral; o outro é um aço estrutural de alta resistência destinado a situações onde propriedades de rendimento/tensão mais altas reduzem tamanhos de seção ou peso morto. Compreender a composição, microestrutura, resposta ao tratamento térmico e implicações de fabricação é essencial para especificar o grau certo para uma aplicação específica.
1. Normas e Designações
- Normas históricas/regionais:
- DIN 17100: designações originais ST37, ST52 (norma alemã mais antiga).
- EN 10025: equivalentes europeus modernos (por exemplo, série S235 ≈ ST37; série S355 ≈ ST52 na prática de engenharia).
- ASTM/ASME: sem equivalentes diretos um a um (ASTM A36, A572 grau 50 são equivalentes funcionais aproximados).
- JIS/GB: sistemas diferentes; equivalentes locais variam e requerem referência cruzada.
- Classificação por tipo:
- ST37: aço estrutural carbono/ligado de baixa liga (não inoxidável, não ferramenta).
- ST52: aço estrutural carbono/ligado de alta resistência (frequentemente termomecanicamente ou microaleado para aumentar o rendimento).
- Ambos não são aços inoxidáveis ou de ferramenta; eles são tipicamente considerados aços carbono/microaleados de grau de construção (comportamento semelhante ao HSLA em equivalentes modernos).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Abaixo estão as janelas de composição típicas usadas para orientação geral em engenharia. Os limites exatos dependem do sub-grau específico, fornecedor e norma aplicável; trate os números como intervalos representativos de porcentagem em massa para variantes comerciais comuns.
| Elemento | ST37 típico (representativo) | ST52 típico (representativo) |
|---|---|---|
| C | ≤ ~0.17–0.20 % | ≤ ~0.20–0.24 % |
| Mn | ≤ ~1.40 % | ≤ ~1.40–1.60 % |
| Si | ≤ ~0.40 % | ≤ ~0.20–0.50 % |
| P | ≤ 0.035 % (máx) | ≤ 0.035 % (máx) |
| S | ≤ 0.035 % (máx) | ≤ 0.035 % (máx) |
| Cr | ≤ 0.30 % | traço a ≤ 0.30 % |
| Ni | traço | traço |
| Mo | traço | traço |
| V | geralmente nenhum | possível microaleação (≤ 0.10 %) |
| Nb | geralmente nenhum | possível microaleação (≤ 0.05 %) |
| Ti | geralmente nenhum | possível traço |
| B | traço se presente | traço se presente |
| N | traço | traço |
Estratégia de liga e efeitos: - ST37: a composição enfatiza carbono muito baixo e mínima liga—visando boa soldabilidade, ductilidade e processamento simples a quente. - ST52: carbono ligeiramente mais alto e adições controladas (ou microaleação com V/Nb/Ti) e controle mais rigoroso sobre Mn/Si produzem maiores resistências de rendimento e tração ao promover microestruturas de ferrita-perlita mais finas e endurecimento por precipitação; essas mudanças aumentam a endurecibilidade e a resistência ao custo de uma formabilidade/soldabilidade um pouco reduzida em comparação com ST37.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestruturas típicas (como laminadas a quente):
- ST37: ferrita e perlita de grossa a fina dependendo da taxa de resfriamento; matriz predominantemente ferrítica com baixo teor de perlita. A microestrutura é tolerante à fabricação e soldagem padrão.
- ST52: mistura de ferrita-perlita ou ferrita-bainita de grão mais fino, especialmente quando microaleada ou produzida com processos de controle termomecânico (TMCP). A precipitação de carbonetos/niobio/titanio muito finos em variantes microaleadas ajuda a aumentar a resistência ao rendimento.
- Resposta ao tratamento térmico:
- Normalização/refinamento do tamanho do grão: Ambos os graus se beneficiam da normalização em componentes críticos para refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade; ST52 geralmente mostra maiores ganhos de resistência com resfriamento controlado (TMCP) e normalização.
- Resfriamento e têmpera: Não é prática padrão para esses graus em usos estruturais; transformar qualquer um em condições de resfriamento e têmpera é possível, mas mudaria a designação e propriedades— a abordagem moderna para maior resistência em aços estruturais é TMCP e microaleação em vez de ciclos de endurecimento e têmpera.
- Processamento termomecânico: Aços equivalentes a ST52 são frequentemente produzidos por TMCP para obter maior resistência com tenacidade aceitável; ST37 geralmente recebe passes de laminação a quente mais simples com menos endurecimento devido à deformação controlada.
4. Propriedades Mecânicas
Intervalos representativos de propriedades mecânicas para orientação de projeto (os valores reais do certificado variam com a espessura, tratamento térmico e sub-grau).
| Propriedade | ST37 (representativo) | ST52 (representativo) |
|---|---|---|
| Resistência Mínima ao Esforço (Rp0.2) | ~235 MPa | ~355 MPa |
| Resistência à Tração (Rm) | ~360–510 MPa | ~510–680 MPa |
| Alongamento (A, % em 50 mm) | ≥ ~22–26 % | ≥ ~16–22 % |
| Tenacidade ao Impacto (teste típico) | 20–27 J a +20 °C (varia) | 27 J a −20 °C (variantes J2) possíveis |
| Dureza (HB) | ~120–160 HB | ~150–220 HB (maior devido à resistência) |
Interpretação: - ST52 é claramente o grau mais forte (maior rendimento e tração). Esse ganho de resistência decorre do controle da composição e do processamento (TMCP, microaleação). - ST37 é geralmente mais dúctil e mais fácil de deformar plasticamente; frequentemente exibe tenacidade comparável ou adequada para aplicações estruturais em temperatura ambiente. - A tenacidade depende fortemente do sub-grau (por exemplo, variantes J0, J2), espessura e tratamento térmico; muitos aços equivalentes a ST52 estão disponíveis com propriedades de impacto melhoradas em temperaturas sub-zero.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do teor de carbono, equivalentes de carbono e presença de elementos de microaleação que aumentam a endurecibilidade. Índices úteis:
-
Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm (Ito-Bessyo): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - ST37 geralmente tem um $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ mais baixos do que ST52 devido ao menor carbono e menos elementos de liga que aumentam a endurecibilidade; portanto, é mais fácil de soldar com menor pré-aquecimento e menos risco de trincas a frio. - A microaleação de ST52 ou o ligeiramente maior C e Mn aumentam a endurecibilidade; isso aumenta o risco de microestruturas martensíticas duras na zona afetada pelo calor (HAZ) sob resfriamento rápido, exigindo pré-aquecimento controlado, temperatura entre passes e possivelmente tratamento térmico pós-solda (PWHT) em seções mais espessas. - Para estruturas soldadas críticas, realize uma avaliação de soldabilidade com base na composição medida e espessura usando os limites de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, e inclua especificações apropriadas de procedimento de soldagem (PQR/WPS).
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto ST37 quanto ST52 são aços carbono não inoxidáveis e são vulneráveis à corrosão geral e atmosférica.
- Estratégias de proteção típicas:
- Galvanização a quente para componentes expostos ao ar livre/armazenamento.
- Revestimentos orgânicos (primers epóxi, revestimentos de poliuretano) para estética aprimorada e resistência à corrosão.
- Metalização (spray térmico) ou ânodos sacrificiais em ambientes agressivos.
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não se aplica a aços carbono não inoxidáveis. Para aços inoxidáveis ou duplex, usaria: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas este índice não se aplica a materiais ST37/ST52.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Formabilidade:
- ST37: melhor formabilidade a frio e desempenho de dobra devido à menor resistência ao rendimento e maior alongamento; mais fácil de laminar, dobrar e formar por estiramento.
- ST52: formabilidade reduzida; o retorno elástico é maior e os raios de dobra mínimos são maiores para a mesma espessura.
- Maquinabilidade:
- Aços microaleados de maior resistência (ST52) geralmente são um pouco mais difíceis de usinar do que aços de menor resistência; o desgaste da ferramenta pode aumentar devido à maior resistência à tração e fases duras.
- Ambos os graus respondem bem a fluidos de corte e práticas de ferramentas padrão; a seleção de velocidades e avanços de corte deve levar em conta a diferença de resistência.
- União e acabamento:
- ST37: roscagem, perfuração a frio e operações de formação são diretas.
- ST52: pode exigir ferramentas e capacidades de prensa mais robustas; a perfuração e roscagem podem precisar de ferramentas mais resistentes e avanços mais lentos.
8. Aplicações Típicas
| ST37 (usos típicos) | ST52 (usos típicos) |
|---|---|
| Membros estruturais gerais: vigas, colunas, terças para cargas não críticas | Membros estruturais de alta resistência: trilhos de guindaste, vigas pesadas onde a redução de seção é crítica |
| Estruturas secundárias, quadros, componentes de chassi não críticos | Quadros de pressão soldados, quadros de máquinas pesadas, componentes de elevação |
| Tubulações para serviços de baixa pressão, peças fabricadas gerais | Aplicações que requerem maior capacidade de carga com espessura de seção reduzida (por exemplo, chassis de caminhão, componentes de ponte) |
| Fabricação onde custo e facilidade de soldagem/formação são prioridades | Aplicações onde redução de peso, fatores de segurança mais altos ou seção transversal menor são necessários |
Racional de seleção: - Escolha ST37 quando a facilidade de fabricação, custo e tenacidade adequada em temperatura ambiente dominam. Escolha ST52 quando o projeto requer maior resistência ao rendimento para reduzir tamanhos de seção ou atender a critérios de carga/rígidez mais altos.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: ST37 é geralmente menos caro por tonelada do que ST52 devido à química mais simples e rotas de produção mais amplas. ST52 tem um preço premium por processamento de maior resistência e possível microaleação.
- Disponibilidade: Ambos os graus ou seus equivalentes modernos EN (famílias S235 / S355) estão amplamente disponíveis em chapa, bobina, formas estruturais e chapa; a disponibilidade por espessura e sub-grau (variantes testadas ao impacto) depende das ofertas do moinho e cadeias de suprimento regionais.
- Dica de aquisição: especifique critérios de aceitação química e mecânica e temperatura de tenacidade requerida nos pedidos de compra para evitar ambiguidade entre os nomes ST legados e as designações EN atuais.
10. Resumo e Recomendação
| Métrica | ST37 | ST52 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Excelente (CE mais baixo) | Bom a moderado (exige controles) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Menor resistência, alta ductilidade/tenacidade | Maior resistência, boa tenacidade se especificada e processada |
| Custo | Menor | Maior |
Conclusão e recomendações diretas: - Escolha ST37 se você prioriza facilidade de fabricação, menor custo e boa soldabilidade/formabilidade para aplicações estruturais gerais e não críticas onde uma menor resistência ao rendimento é aceitável. - Escolha ST52 se você precisa de maior resistência ao rendimento e à tração para reduzir o tamanho da seção ou peso, ou para atender a requisitos de carga ou fadiga mais altos—aceitando um custo de material mais alto e a necessidade de procedimentos de soldagem e formação mais controlados.
Próximos passos práticos para especificação: - Sempre faça referência cruzada das designações ST legadas para normas atuais (por exemplo, S235 / S355) e exija certificados de teste do moinho mostrando química e propriedades mecânicas. - Para componentes soldados, espessos ou de serviço a frio, calcule índices de equivalente de carbono e especifique pré-aquecimento de soldagem/PWHT e requisitos de impacto conforme relevante. - Quando em dúvida, faça uma análise simples de trade-off (redução de massa vs. custo de fabricação vs. prêmio de material) e realize a qualificação do procedimento de soldagem onde exigido por código ou contrato.