A36 vs S275 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

A36 e S275 são dois dos aços estruturais mais frequentemente especificados na indústria global. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente avaliam essas classificações ao projetar edifícios, pontes, estruturas de máquinas e fabricados pesados, onde custo, soldabilidade e desempenho mecânico devem ser equilibrados. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha entre uma resistência ao escoamento ligeiramente mais alta versus a disponibilidade do material, a seleção de uma classificação para facilitar a conformação a frio ou para construção soldada, e a correspondência das propriedades do material aos planos de tratamento térmico de fabricação.

A principal distinção entre essas classificações é que A36 é um aço carbono estrutural padrão americano amplamente utilizado, enquanto S275 é a classificação estrutural europeia amplamente equivalente. Eles ocupam um espaço de desempenho semelhante, mas diferem nos limites especificados por norma, controles químicos típicos e algumas garantias de propriedades mecânicas. Como são especificados sob diferentes sistemas regulatórios, a substituição direta requer a verificação dos limites de espessura da seção, condição de entrega e quaisquer requisitos adicionais de subclasse (por exemplo, teste de impacto).

1. Normas e Designações

• A36: Especificado na ASTM A36 / A36M — comum nos Estados Unidos e na América do Norte para formas estruturais, chapas e barras. Classificado como um aço estrutural carbono simples.
• S275: Especificado na EN 10025-2 (e normas EN relacionadas) — comum na Europa. É um aço estrutural não ligado; as subclasses incluem S275JR, S275J0, S275J2 (temperaturas de teste de impacto diferentes).
• Outras normas relevantes e classificações comparáveis:
• JIS: Os aços estruturais japoneses têm designações diferentes (por exemplo, SS400) e são padronizados separadamente.
• GB: As normas chinesas (por exemplo, Q235) podem ser funcionalmente semelhantes, mas diferem nas propriedades garantidas e nos testes.
• Referências ASME/ISO: A seleção de material para aplicações de vasos de pressão ou alta temperatura fará referência a normas adicionais além dessas especificações de grau estrutural.

Classificação: Tanto A36 quanto S275 são aços estruturais carbono simples / não ligados (não HSLA, aços para ferramentas ou aços inoxidáveis), embora S275 possa ser produzido com elementos de microligação em algumas subclasses.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - Os valores acima são destinados como limites ou faixas típicas citadas na prática comum. As composições exatas permitidas dependem da edição específica da norma e da subclasse (por exemplo, S275JR vs S275J2). - Ambas as classificações dependem principalmente do carbono e do manganês para resistência. O silício e o manganês atuam como desoxidantes e fortalecedores leves; fósforo e enxofre são mantidos baixos porque tornam o aço quebradiço e prejudicam a soldabilidade. - Estratégia de liga: Estes não são aços intencionalmente ligados para endurecimento (por exemplo, Cr, Mo, Ni não são contribuintes primários). Se a microligação (V, Nb, Ti) aparecer, é para controle de grão e aumento da resistência ao escoamento através do endurecimento por precipitação, em vez de endurecimento em massa.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência e o endurecimento, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade, pois aumenta o risco de trincas a frio. - O manganês melhora a tenacidade e contrabalança a fragilidade do enxofre; em níveis mais altos, aumenta marginalmente o endurecimento. - Elementos de microligação (quando presentes) refinam o tamanho do grão e aumentam a resistência ao escoamento sem comprometer fortemente a soldabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas para ambas as classificações após laminação padrão e resfriamento ao ar são estruturas de ferrita–pearlita: - A ferrita proporciona ductilidade e tenacidade. - A perlita proporciona resistência.

Resposta ao processamento: - Normalização (aquecimento acima da faixa de transformação e resfriamento ao ar): refina o tamanho do grão e pode aumentar modestamente a resistência e a tenacidade para ambos os aços, mas não é comumente especificada para membros estruturais típicos. - Resfriamento e têmpera: não é típico para A36 ou S275 porque essas classificações são projetadas como aços laminados a quente, não resfriados. Aplicar resfriamento e têmpera seria um tratamento excessivo e pode produzir propriedades imprevisíveis, a menos que a química do aço seja controlada para endurecimento. - Laminação termo-mecânica: Não é uma rota padrão para A36; aços da família S275 em usinas modernas podem receber laminação controlada para aumentar a uniformidade e a tenacidade, proporcionando distribuições de propriedades ligeiramente mais apertadas. - Diferenças de subclasse (por exemplo, S275JR vs S275J2) refletem testes de impacto e, às vezes, controle mais rigoroso da microestrutura para garantir tenacidade em temperaturas especificadas.

Como nenhuma das classificações é destinada a ser uma liga endurecível por resfriamento e têmpera, as principais maneiras de mudar as propriedades são através da laminação/normalização (refinamento do grão) ou mudando para uma especificação diferente (por exemplo, uma classificação HSLA para maior resistência ao escoamento).

4. Propriedades Mecânicas

Interpretação: - S275 tem uma resistência mínima ao escoamento garantida ligeiramente mais alta do que A36, o que pode permitir reduções de peso modestas ou maior capacidade de carga para a mesma seção transversal. - As faixas de tração se sobrepõem consideravelmente; ambos os aços exibem comportamento de tração semelhante na condição laminada. - Tenacidade: subclasses S275 que incluem teste de impacto (JR, J0, J2) fornecem garantias explícitas, que podem ser críticas em serviço a baixa temperatura ou para carregamento dinâmico. - As diferenças de ductilidade são menores; a seleção prática depende da subclasse, espessura e histórico de tratamento térmico do fornecedor.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços carbono simples é geralmente boa, mas depende do teor de carbono, da liga combinada, da espessura da seção e do procedimento de soldagem.

Índices de soldabilidade relevantes: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula Pcm (útil para avaliar a suscetibilidade a trincas a frio): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Tanto A36 quanto S275 normalmente têm equivalentes de carbono baixos, resultando em boa soldabilidade geral para processos de arco comuns. Baixos níveis de P e S e manganês moderado ajudam na qualidade da solda. - Como S275 às vezes tem limites de manganês mais altos, seu CE pode ser marginalmente maior que o de A36; no entanto, na prática, ambos são facilmente soldáveis com consumíveis padrão e pré-aquecimento/prática recomendada apenas em seções mais grossas ou soldas restritas. - A microligação aumenta ligeiramente o endurecimento; se presente, deve ser considerada nos procedimentos de soldagem (controle de pré-aquecimento/interpass) para evitar trincas a frio. - Para estruturas soldadas críticas, calcule os valores relevantes de $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ com análises reais de usina e siga os códigos para pré-aquecimento, temperatura interpasso e seleção de consumíveis.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, A36 ou S275, é inoxidável; ambos requerem proteção contra corrosão em ambientes expostos.
• Métodos comuns de proteção: galvanização a quente, tintas à base de solvente ou epóxi, revestimento em pó e metalização. A seleção depende da severidade ambiental e da vida útil do serviço.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é relevante apenas para aços inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — não aplicável a aços estruturais não ligados como A36 ou S275.
• Para exposição atmosférica, a galvanização ou sistemas de pintura adequados são a abordagem normal. Para exposição enterrada ou marinha, revestimentos mais robustos, proteção catódica ou uso de ligas resistentes à corrosão devem ser considerados em vez desses aços simples.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade: Ambas as classificações são usináveis de forma semelhante; A36 é amplamente considerado ter maquinabilidade justa. S275 é comparável — a maquinabilidade real depende da química exata e da prática de laminação.
• Conformação a frio / dobra: Ambos os aços são conformáveis quando a espessura e os raios de dobra seguem tabelas padrão. Menor teor de carbono e ausência de microestrutura endurecida por resfriamento ajudam na formabilidade. Grandes dobras ou conformação a frio muito intensa de seções mais grossas devem consultar diretrizes de raio de dobra.
• Corte e perfuração: Corte a fogo padrão, plasma e corte mecânico se aplicam. Para trabalhos de precisão, corte a laser ou jato d'água é recomendado.
• Acabamento de superfície: Superfícies laminadas a quente de ambas as classificações podem ter escala de usina; para aplicações pintadas ou coladas, a preparação da superfície (jato de areia, decapagem ácida) é necessária.
• Fabricação de soldagem: Escolhas de eletrodos padrão para aço carbono; pré-aquecimento e tratamento pós-solda geralmente desnecessários para seções finas, mas podem ser necessários para soldas grossas ou altamente restritas.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha A36 ao especificar normas ASTM, adquirindo de usinas norte-americanas, ou quando 250 MPa de resistência for aceitável e custo/disponibilidade forem os principais fatores. - Escolha S275 ao trabalhar dentro de aquisições EN/europeias, quando uma resistência mínima ligeiramente maior for desejada, ou quando propriedades de impacto especificadas (JR/J0/J2) forem necessárias.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Em muitos mercados, A36 e S275 têm preços semelhantes quando adquiridos localmente sob seus respectivos regimes normativos. As diferenças de preço são principalmente impulsionadas pela oferta regional de usinas, acabamento de usina (chapas, bobinas, seções estruturais) e condições de mercado.
• Disponibilidade: A36 está amplamente disponível na América do Norte; S275 está amplamente disponível na Europa. Projetos globais devem verificar os estoques locais e as certificações de fornecedores. Formas de produto específicas (chapas grossas, vigas de flange larga, relatórios de teste certificados) afetam o tempo de entrega e o preço premium.
• Consideração de valor: A resistência ligeiramente maior de S275 pode oferecer oportunidades de economia de peso; no entanto, a compatibilidade de aquisição e fabricação deve ser ponderada em relação ao custo unitário do material.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações: - Escolha A36 se você estiver trabalhando sob especificações baseadas em ASTM, precisar de um aço estrutural norte-americano comprovado e custo-efetivo, e não exigir subclasses testadas para impacto ou a resistência ligeiramente maior de S275. - Escolha S275 se seus padrões de aquisição e design forem baseados em EN, você precisar da resistência ao escoamento garantida mais alta ou desempenho de impacto especificado (JR/J0/J2), ou se você exigir certificação de material para a série EN 10025.

Nota final: Embora A36 e S275 sejam frequentemente tratados como equivalentes práticos, sempre verifique os certificados de teste da usina, as designações de subclasse, os requisitos de propriedades dependentes da espessura e as necessidades de soldagem/inspeção antes da substituição. Para aplicações soldadas e a baixa temperatura, confirme os testes de impacto e calcule os valores de equivalente de carbono a partir de análises químicas reais para determinar a estratégia de pré-aquecimento e consumíveis.