SUP7 vs SUP9 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam a escolha entre graus de aço intimamente relacionados para componentes estruturais, que contêm pressão ou expostos ao desgaste. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar resistência versus ductilidade, soldabilidade versus endurecimento, e custo do ciclo de vida (material mais fabricação e proteção) versus desempenho em serviço.

SUP7 e SUP9 são graus adjacentes na mesma família e são comumente comparados porque visam espaços de aplicação semelhantes, mas com ênfases diferentes em ligações e processamento. A principal diferença prática é que o SUP9 é posicionado como o membro de maior desempenho (atualizado) do par—projetado para oferecer maior resistência e endurecimento através de opções adicionais de liga ou processamento—enquanto o SUP7 enfatiza o desempenho básico com melhor fabricabilidade inerente e menor custo. Essa relação direcional explica por que os projetistas avaliam ambos os graus ao escolher material para peças que podem exigir um compromisso otimizado entre desempenho mecânico e fabricabilidade.

1. Normas e Designações

• Sistemas de referência comuns: JIS (Normas Industriais Japonesas), GB (Normas Nacionais Chinesas), EN (Europeias) e ASTM/ASME (Americanas). A convenção de nomenclatura da série SUP é frequentemente vista em normas do Leste Asiático e catálogos de fornecedores.
• Categoria de material: Tanto o SUP7 quanto o SUP9 são aços carbono não inoxidáveis, de baixa liga/microliga (não são aços para ferramentas ou inoxidáveis). Eles são tipicamente projetados para aplicações estruturais e de pressão e podem ser fornecidos em condições normalizadas, temperadas ou laminadas termomecanicamente, dependendo do fornecedor e do uso final.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

O par SUP7–SUP9 é diferenciado principalmente por adições de liga e microliga incrementais destinadas a alterar resistência, endurecimento e tenacidade. A tabela abaixo usa descritores qualitativos (Presente/Traço/Não típico) para evitar a má representação de frações de massa específicas; as composições reais devem ser obtidas da norma aplicável ou da ficha técnica do fornecedor para design ou aquisição.

Elemento	SUP7 (papel típico)	SUP9 (papel típico)
C (Carbono)	Baixo a moderado; fortalecimento básico e endurecimento	Moderado; ligeiramente mais alto para suportar maior resistência/endurecimento
Mn (Manganês)	Presente; desoxidação, resistência, tenacidade	Presente; frequentemente semelhante ou ligeiramente mais alto para ajudar no endurecimento
Si (Silício)	Presente em pequenas quantidades para desoxidação	Presente em pequenas quantidades
P (Fósforo)	Impureza controlada (mantida baixa)	Impureza controlada (mantida baixa)
S (Enxofre)	Controlado; pode estar presente em ppm baixos	Controlado; mantido baixo para propriedades mecânicas
Cr (Cromo)	Pode estar presente em quantidades de traço/baixas para resistência/endurecimento	Frequentemente presente em níveis mais altos do que o SUP7 para aumentar o endurecimento e a resistência ao temperamento
Ni (Níquel)	Não dominante; traço ou ausente em muitas variantes	Pode estar presente em algumas variantes do SUP9 para melhorar a tenacidade
Mo (Molibdênio)	Tipicamente não uma adição primária; traço em algumas variantes	Frequentemente usado no SUP9 para melhorar o endurecimento e a resistência à temperatura elevada
V (Vanádio)	Microligação (traço) possível para refino de grão	Microligação mais provável ou em níveis ligeiramente mais altos para refinar o grão e aumentar a resistência
Nb (Nióbio)	Microligação de traço possível	Pode estar presente em variantes microligadas do SUP9
Ti (Titânio)	Traço como estabilizador em alguns aços	Traço em algumas variantes
B (Boro)	Não típico, mas pode ser usado em quantidades de traço em variantes de maior endurecimento	Traço de boro possível em variantes do SUP9 para aumentar o endurecimento
N (Nitrogênio)	Controlado; afeta a formação de nitretos e tenacidade	Controlado; controle composicional importante para tenacidade e precipitação de microligas

Como a liga afeta atributos-chave: - Resistência e resistência ao temperamento: Elementos como Cr, Mo, Ni, V e Nb aumentam a resistência e a resistência ao temperamento em temperaturas elevadas. O SUP9 geralmente possui mais desses contribuintes. - Endurecimento: Cr, Mo e pequenas adições como B aumentam o endurecimento, permitindo que seções mais grossas alcancem maior dureza de têmpera. O SUP9 é tipicamente projetado para maior endurecimento. - Tenacidade e controle de grão: Elementos de microligação (V, Nb, Ti) e controle de composição mais rigoroso permitem microestruturas de ferrita/pearlita ou martensita temperada mais finas para melhorar a tenacidade. - Resistência à corrosão: Nenhum dos graus é inoxidável; o desempenho contra corrosão depende de revestimentos e ambiente, em vez de ligações inerentes (exceto para adições de Cr/Ni que ajudam marginalmente).

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas como entregues: - SUP7: Frequentemente entregue normalizado ou normalizado e temperado; a microestrutura tende a ferrita–pearlita ou bainita/martensita temperada, dependendo do teor de carbono e do tratamento térmico. - SUP9: Projetado para alcançar frações mais altas de bainita ou martensita temperada após têmpera e tempera; também disponível em condições laminadas termomecanicamente controladas para alcançar estruturas bainíticas de grão fino.

Efeito do processamento: - Normalização: Ambos os graus refinam o tamanho do grão e homogeneizam a estrutura; a normalização melhora a tenacidade e a uniformidade, mas resulta em menor resistência do que a têmpera e tempera. - Têmpera e tempera: O SUP9 se beneficia mais da T&T porque sua liga aumenta o endurecimento e a resistência ao temperamento, permitindo maior resistência temperada para uma determinada severidade de têmpera. O SUP7 pode ser T&T, mas é tipicamente limitado a faixas de temperamento mais baixas para equilibrar a tenacidade. - Processamento termomecânico (TMCP): Quando aplicado, o TMCP pode produzir microestruturas de grão fino em ambos os graus; variantes do SUP9 podem ser otimizadas para produzir microestruturas fortes e tenazes sem exigir tratamentos térmicos extremos.

Consequências microestruturais: - O aumento das adições de liga e microliga no SUP9 promove fases mais duras e fortes (martensita temperada ou bainita) em espessuras de seção práticas, enquanto o SUP7 tende a uma ferrita–pearlita mais dúctil, a menos que seja fortemente tratado termicamente.

4. Propriedades Mecânicas

Como a composição e o processamento afetam fortemente as propriedades, a tabela a seguir fornece descritores comparativos qualitativos em vez de números absolutos. Para design, use dados de teste certificados pelo fornecedor ou norma.

Propriedade	SUP7	SUP9
Resistência à tração	Moderada	Maior (projetado para maior resistência à tração)
Resistência ao escoamento	Moderada	Maior (escoamento elevado devido à liga/microligas)
Elongação (ductilidade)	Maior (mais dúctil em condição equivalente)	Menor em relação ao SUP7 em nível de resistência equivalente, mas aceitável quando temperado adequadamente
Tenacidade ao impacto	Boa, especialmente quando normalizada	Comparável ou melhor se tratado termicamente adequadamente; pode exigir TMCP/T&T para alcançar tenacidade semelhante em baixa temperatura
Dureza	Baixa a moderada	Maior capacidade após T&T; maior potencial de dureza como-temperada

Interpretação: O SUP9 é projetado para fornecer maior resistência e endurecimento; no entanto, alcançar alta resistência geralmente reduz a ductilidade, a menos que a mitigação por meio de microestrutura controlada (TMCP, microligação) seja aplicada. O SUP7 favorece a fabricabilidade e a ductilidade em condições básicas.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do equivalente de carbono e da presença de liga de endurecimento. Fórmulas preditivas úteis (sem substituição numérica aqui) incluem:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

e

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

Interpretação qualitativa: - SUP7: Menor carbono e ligações mais simples geralmente resultam em valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$, indicando soldabilidade mais fácil com menor pré-aquecimento e menor suscetibilidade a trincas. - SUP9: Adições adicionais de Cr, Mo e microligação aumentam o endurecimento e, portanto, tendem a aumentar $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$; isso aumenta o risco de formação de martensita na ZTA e aumenta a suscetibilidade a trincas a frio, a menos que o pré-aquecimento adequado/tratamento térmico pós-solda (PWHT), temperaturas de interpassagem controladas e correspondência de consumíveis sejam utilizados. - Orientação prática: Para o SUP9, espere planejar procedimentos de soldagem controlados (pré-aquecimento, controle de temperatura de interpassagem e possivelmente PWHT) para seções mais grossas ou juntas altamente restritas. Para o SUP7, a prática padrão de soldagem é frequentemente suficiente para muitas aplicações.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos SUP7 ou SUP9 é inoxidável. Sua resistência à corrosão em ambientes atmosféricos ou aquosos é semelhante e controlada principalmente pela proteção da superfície e ambiente.
• Medidas de proteção típicas: galvanização a quente, eletrogalvanização, revestimentos orgânicos (tintas, epóxi), metalização ou proteção catódica para aplicações enterradas/imersas.
• Índices do tipo inoxidável, como PREN, não se aplicam a esses aços carbono de baixa liga; a fórmula PREN é relevante apenas para ligas inoxidáveis:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Pequenas quantidades de Cr/Ni/Mo em variantes do SUP9 melhoram marginalmente a resistência à corrosão localizada em comparação com o SUP7, mas nenhum dos graus deve ser selecionado para resistência à corrosão onde aços inoxidáveis são necessários.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade: Condições de menor resistência e menor dureza do SUP7 são geralmente mais fáceis de usinar e produzem menor desgaste das ferramentas. O SUP9 em um estado de maior resistência ou temperado pode reduzir a maquinabilidade e aumentar as forças de corte e preocupações com a vida útil da ferramenta.
• Formabilidade e dobra: O SUP7 oferece melhor formabilidade e dobrabilidade em condições metalúrgicas equivalentes. O SUP9, quando especificado para maior resistência, pode exigir raios de dobra aumentados, menor deformação durante a formação ou etapas de recozimento intermediárias para evitar trincas.
• Acabamento de superfície: Ambos os graus respondem bem a operações de acabamento comuns (jateamento, moagem, usinagem). A moagem/usinagem dura do SUP9 em condição de alta resistência gerará temperaturas e desgaste mais altos.
• Planejamento de fabricação: Escolha as folgas de formação e usinagem com base na condição de tempera; para o SUP9, considere especificar condições normalizadas ou temperadas que otimizem o equilíbrio entre a resistência como entregue e a praticidade da fabricação.

8. Aplicações Típicas

SUP7 — Usos Típicos	SUP9 — Usos Típicos
Componentes estruturais gerais onde resistência padrão e boa soldabilidade/formabilidade são necessárias (vigas, suportes, chapas)	Membros estruturais e componentes de maior resistência ou melhor endurecimento (seções mais grossas, eixos, partes de pressão)
Conjuntos fabricados onde custo e facilidade de fabricação são prioridades	Componentes sujeitos a cargas mais altas, fadiga ou desgaste onde maior resistência é necessária
Tubos de linha ou aplicações de pressão onde resistência moderada e alta ductilidade são necessárias (dependendo da especificação)	Peças projetadas para têmpera e tempera ou TMCP para alcançar maior resistência para a mesma geometria

Racional de seleção: - Escolha SUP7 quando a eficiência de fabricação, menor custo e ductilidade forem prioridades e quando os requisitos de resistência forem moderados. - Escolha SUP9 quando o design exigir maior resistência e/ou endurecimento através da espessura, e quando práticas adequadas de soldagem e tratamento térmico puderem ser aplicadas.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: O SUP7 é tipicamente a opção de menor custo devido à liga mais simples e maior disponibilidade em formas padrão. O SUP9, com adições de liga e opções de processamento adicionais (T&T, TMCP), tende a ser mais caro.
• Disponibilidade por forma de produto: O SUP7 geralmente está amplamente disponível em tamanhos de chapa, folha e barra padrão. A disponibilidade do SUP9 depende do mercado e das capacidades do moinho; variantes especializadas de têmpera e tempera ou microligadas podem estar disponíveis por encomenda e em faixas de produtos selecionadas.
• Considerações de aquisição: Leve em conta não apenas o custo do material, mas também a fabricação, tratamento térmico, qualificação do procedimento de soldagem e inspeção ao comparar o custo do ciclo de vida entre os graus.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Atributo	SUP7	SUP9
Soldabilidade	Melhor (menor CE/Pcm)	Requer mais controle (maior potencial de CE/Pcm)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Boa ductilidade em resistência moderada	Maior potencial de resistência; tenacidade depende do processamento
Custo	Menor (material e processamento típico)	Maior (custos de liga e tratamento térmico)

Recomendação: - Escolha SUP7 se: você precisa de um aço econômico, facilmente fabricável, com boa ductilidade e resistência aceitável para aplicações estruturais gerais ou de pressão onde endurecimento extremo ou resistência elevada não são necessários. - Escolha SUP9 se: seu design exigir maior resistência à tração ou ao escoamento, endurecimento melhorado para seções mais grossas, ou resistência ao temperamento elevada, e você puder acomodar controles de soldagem mais rigorosos, potencial PWHT e um custo de material ligeiramente mais alto.

Nota final: SUP7 e SUP9 abrangem uma família de variantes de produtos e rotas de processamento. Sempre consulte a norma relevante, o certificado do moinho e a ficha técnica do fornecedor para composição química exata, resultados de testes mecânicos certificados e práticas recomendadas de soldagem/tratamento térmico antes da seleção ou qualificação final do material.