SUP10 vs SUP11 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente enfrentam a escolha entre graus de aço carbono intimamente relacionados ao equilibrar custo, conformabilidade, soldabilidade e resistência em serviço. SUP10 e SUP11 são duas designações de aço carbono orientadas pelo JIS frequentemente consideradas para componentes de estrutura geral, peças usinadas e acessórios moderadamente carregados. O dilema de seleção geralmente gira em torno de trade-offs como soldabilidade versus resistência à tração, usinabilidade versus tenacidade, e custo de compra versus margem de desempenho.

O principal fator distintivo entre SUP10 e SUP11 é sua estratégia de liga que foca no teor de manganês: um grau é especificado com um nível de manganês mais baixo, enquanto o outro é especificado com um nível de manganês mais alto. Essa diferença intencional altera a endurecibilidade, resistência e resposta ao tratamento térmico, razão pela qual esses dois graus são frequentemente comparados por projetistas e fabricantes.

1. Normas e Designações

• JIS: SUP10, SUP11 — Nomes das Normas Industriais Japonesas usados para aços carbono comuns destinados a usos estruturais e mecânicos gerais.
• ASTM/ASME: Materiais comparáveis são tipicamente encontrados entre as designações de aço carbono comum (por exemplo, série AISI/SAE), mas referências cruzadas diretas dependem de limites de composição específicos e nem sempre são um-para-um.
• EN: Papéis semelhantes são desempenhados pelos aços carbono comuns da classe C EN (por exemplo, Cxx.x), com a seleção exigindo a correspondência de limites químicos e propriedades mecânicas.
• GB (China): Graus equivalentes de aço carbono comum existem nas normas GB; a correspondência requer verificação de critérios químicos e mecânicos.
• Categoria: Tanto SUP10 quanto SUP11 são aços carbono comuns (não inoxidáveis, HSLA ou aços para ferramentas). Eles podem às vezes ser considerados aços carbono leve/médio dependendo do teor de carbono especificado e da aplicação pretendida.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - Ambos os graus são aços carbono comuns pela filosofia de liga. A principal diferença intencional é o teor de manganês: o grau com maior manganês exibirá maior endurecibilidade e tendência de trabalho a frio. - Papéis de liga: - Carbono: principal contribuinte para resistência e endurecibilidade. - Manganês: aumenta a endurecibilidade, resistência à tração e relação de tração para escoamento; também atua como desoxidante e contrabalança a fragilização por enxofre. - Silício: geralmente presente em baixos níveis para desoxidação; leve endurecimento por solução sólida. - Elementos de traço e impurezas (P, S) são controlados para preservar tenacidade e usinabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura: - Sob condições típicas de fabricação e normalização, tanto SUP10 quanto SUP11 desenvolvem uma microestrutura de ferrita–pearlita típica de aços carbono de baixo a médio carbono. - O grau com maior teor de manganês tende a aumentar a fração de perlita e refinar ligeiramente o espaçamento interlamelar perlítico/ferrítico, proporcionando maior resistência em estado laminado/endurecido e potencialmente reduzindo a ductilidade em comparação com o grau de menor manganês.

Resposta ao tratamento térmico: - Normalização: Ambos os graus respondem à normalização produzindo uma estrutura de ferrita–pearlita mais uniforme; o grau de maior manganês atinge uma dureza e resistência ligeiramente superiores para o mesmo ciclo. - Resfriamento e têmpera: Como nenhum dos graus é um aço de alta liga, a endurecimento profundo é limitado, mas o grau de maior manganês exibe maior endurecibilidade e pode alcançar maior resistência após ciclos de resfriamento e têmpera em comparação com a variante de menor manganês. - Processamento termo-mecânico: A laminação controlada ou resfriamento controlado acentuará as diferenças; o grau de maior manganês atinge mais facilmente níveis de escoamento e tração mais altos a partir do mesmo processamento devido ao seu efeito mais forte sobre a endurecibilidade e trabalho a frio.

4. Propriedades Mecânicas

Explicação: - O maior teor de manganês aumenta a resistência e a endurecibilidade, portanto, SUP11 geralmente fornecerá maiores resistências à tração e ao escoamento em condições comparáveis. Esse ganho muitas vezes vem com um modesto trade-off em alongamento e tenacidade ao impacto se todos os outros fatores forem iguais. - Os números reais das propriedades mecânicas dependem da composição exata, forma do produto (barra, chapa) e histórico de tratamento térmico/processamento. Para compras e aceitação, especifique as propriedades mecânicas necessárias nos documentos de compra em vez de confiar apenas no nome do grau.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende principalmente do equivalente de carbono e dos contribuintes de microligas/endurecibilidade. Índices comuns usados para avaliar o risco de trincas soldadas incluem o equivalente de carbono IIW e o Pcm modificado.

Exemplos de fórmulas: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - O maior manganês em SUP11 aumenta os índices de equivalente de carbono em relação ao SUP10, indicando uma maior propensão para endurecimento na zona afetada pelo calor (HAZ) e, portanto, um maior risco de trincas a frio sob condições de soldagem comparáveis. - Ambos os graus são geralmente soldáveis usando procedimentos padrão, mas SUP11 pode exigir práticas de soldagem mais conservadoras: pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas, consumíveis de baixo hidrogênio ou tratamento térmico pós-soldagem dependendo da espessura da seção e restrição. - A ausência de elementos de liga significativos (Cr/Mo/Ni) torna ambos os graus mais fáceis de soldar do que aços ligados, mas as diferenças de manganês controlam o risco relativo de soldagem.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Esses graus são aços carbono comuns (não inoxidáveis). A resistência à corrosão atmosférica e aquosa é limitada e depende da proteção da superfície.
• Proteções típicas: pintura, revestimento em pó, galvanização a quente, eletrodeposição ou óleo/graxa para proteção temporária.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a aços carbono não inoxidáveis; para referência em ligas inoxidáveis:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• O uso de PREN é significativo apenas para ligas resistentes à corrosão que contêm cromo e molibdênio, não para SUP10/SUP11.
• Orientação de seleção: Para ambientes corrosivos, escolha proteção de superfície ou uma alternativa inoxidável/HSLA em vez de confiar em variações entre SUP10 e SUP11.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Usinabilidade: Controlada principalmente pelo teor de enxofre e chumbo (se presente). Nem SUP10 nem SUP11 são inerentemente graus de corte livre, a menos que especificamente produzidos com enxofre/chumbo elevados. O maior manganês pode reduzir ligeiramente a usinabilidade ao aumentar o trabalho a frio.
• Conformabilidade/curvabilidade: O grau de menor manganês (SUP10) geralmente se forma e dobra com menos problemas e melhores margens de alongamento. O grau de maior manganês (SUP11) pode exigir raios de curvatura maiores ou menor deformação para evitar trincas em operações de conformação apertadas.
• Corte e acabamento: Ambos são bem usinados com ferramentas convencionais; a vida útil das ferramentas pode ser modestamente melhorada no grau de menor resistência. O acabamento da superfície e o controle de cavacos dependem mais do teor de enxofre e dos parâmetros do processo do que da diferença de manganês sozinha.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha o grau de menor manganês quando a fabricabilidade (soldagem, curvatura, conformação) e ductilidade forem críticas e as cargas forem moderadas. - Escolha o grau de maior manganês quando maior resistência ou endurecibilidade (para seções mais grossas ou peças mais fortes processadas) for necessária, e quando o plano de fabricação abordar os desafios ligeiramente aumentados de soldagem/conformação.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Ambos os graus são aços carbono comuns e geralmente econômicos. O grau com maior manganês (SUP11) pode ser ligeiramente mais caro em alguns mercados devido ao controle de liga e processamento, mas as diferenças são tipicamente modestas em comparação com aços de alta liga.
• Disponibilidade: Formas de produto comuns (barras, chapas, bobinas) estão prontamente disponíveis para ambos os graus em mercados onde os graus JIS são estocados. A disponibilidade pode variar por geografia; a compra deve confirmar o fornecimento na forma de produto desejada e a certificação de moinho necessária.
• Os prazos de entrega e as quantidades mínimas de pedido dependem mais dos estoques locais do moinho e dos testes/certificações necessários do que das pequenas diferenças composicionais entre SUP10 e SUP11.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações: - Escolha SUP10 se: - Suas prioridades são soldagem, conformação e maior ductilidade mais fáceis. - A aplicação envolve seções finas, fabricação complexa ou onde procedimentos mínimos de pré-aquecimento/pós-aquecimento são desejados. - Você quer o grau de aço carbono de uso geral mais tolerante para montagens estruturais ou fabricadas.

• Escolha SUP11 se:
• Você precisa de maior resistência à tração/escoamento ou endurecibilidade melhorada para seções mais grossas ou componentes sujeitos a cargas mais altas.
• O design permite procedimentos de soldagem controlados (pré-aquecimento, consumíveis de baixo hidrogênio) e possivelmente tratamento térmico pós-soldagem, se necessário.
• A ligeira redução na conformabilidade é aceitável em troca de maior resistência sem recorrer a aços de liga.

Nota final: SUP10 e SUP11 são aços carbono comuns intimamente relacionados; a decisão entre eles deve ser guiada pelos requisitos mecânicos específicos e pelo plano de fabricação, em vez de apenas pelo nome do grau. Para aplicações críticas, especifique as propriedades mecânicas necessárias, a condição de tratamento térmico e os procedimentos de soldagem nos documentos de compra e solicite certificados do moinho para verificar a composição e o processamento.