A572 Gr50 vs A992 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
ASTM A572 Grau 50 e ASTM A992 são dois dos aços estruturais mais comumente especificados na América do Norte. Engenheiros, gerentes de compras e fabricantes pesam rotineiramente as compensações entre custo, resistência, soldabilidade e capacidade de produção ao selecionar entre eles para vigas, colunas, chapas e formas laminadas. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar a resistência absoluta versus a consistência das propriedades mecânicas, escolher um grau mais adequado para soldagem pesada e entrada de calor inconsistente, ou selecionar um material otimizado para formas de flange larga e eficiência de montagem.
A principal distinção técnica entre esses graus reside na combinação de controles químicos e práticas de microligação destinadas a otimizar a soldabilidade e o perfil mecânico como laminado para formas estruturais. Na prática, isso significa que A992 é adaptado especificamente para formas laminadas de flange larga com limites composicionais mais rigorosos e controle de tenacidade/soldabilidade, enquanto A572 Gr50 é uma especificação de chapa/formas HSLA estrutural mais ampla com química e formas de produto mais flexíveis. É por isso que os dois são frequentemente comparados em design estrutural e aquisição de fabricação.
1. Normas e Designações
- ASTM / ASME:
- ASTM A572/A572M — Aço estrutural de columbita-vanádio de alta resistência e baixo teor de liga (A572 possui múltiplos graus, incluindo o Grau 50).
- ASTM A992/A992M — Formas de aço estrutural para uso em estruturas de edifícios.
- ASME normalmente faz referência aos mesmos padrões de material ASTM.
- Equivalentes internacionais (aproximados):
- EN: S355 (EN 10025-2) — frequentemente citado como um equivalente europeu aproximado ao A572 Gr50 (nota: não idêntico—verifique os requisitos do código local).
- GB: Q345 — frequentemente tratado como um grau comparável chinês ao S355/A572 Gr50 em termos amplos.
- JIS: sem equivalente direto exato; comparação técnica cuidadosa necessária.
- Classificação: Tanto A572 Gr50 quanto A992 são aços carbono HSLA (alta resistência e baixo teor de liga) destinados a aplicações estruturais (nenhum deles é aço inoxidável ou aço para ferramentas).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Abaixo está um resumo prático, orientado para especificações, dos principais elementos tipicamente controlados em cada grau. Os limites reais variam de acordo com a edição da especificação e o moinho; sempre confirme os relatórios de teste do moinho para aquisição.
| Elemento (wt%) | A572 Grau 50 (limites típicos) | A992 (limites típicos) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.23 (máx) | ≤ 0.23 (máx) |
| Mn | ≤ 1.35 (máx) | ≤ 1.35 (máx) |
| Si | ≤ 0.40 (máx) | ≤ 0.40 (máx) |
| P | ≤ 0.04 (máx) | ≤ 0.04 (máx) |
| S | ≤ 0.05 (máx) | ≤ 0.05 (máx) |
| Cr | não normalmente especificado (traço) | não normalmente especificado (traço) |
| Ni | não normalmente especificado (traço) | não normalmente especificado (traço) |
| Mo | não normalmente especificado | não normalmente especificado |
| V (vanádio) | pode ser adicionado (microligação) | controlado; baixos níveis permitidos |
| Nb (columbita) | possível microligação | limitado/controlado |
| Ti | possível microligação | limitado/controlado |
| B | traço (se usado) | traço (se usado) |
| N | controlado (baixo) | controlado (baixo) |
Notas: - Ambos os graus são principalmente aços HSLA de carbono-manganês. Elementos de microligação como V, Nb e Ti são usados seletivamente para refinar o tamanho do grão e aumentar a resistência ao escoamento sem grandes aumentos no carbono. A992 normalmente impõe um controle mais rigoroso de resíduos e alguns elementos de liga para melhorar a uniformidade das formas de flange larga e limitar a endurecibilidade que pode prejudicar a soldabilidade. - A liga afeta a resistência, tenacidade e endurecibilidade: carbono e manganês aumentam a resistência, mas também elevam o equivalente de carbono (endurecibilidade); a microligação com Nb/V/Ti permite maior resistência ao escoamento com menores equivalentes de carbono, preservando a soldabilidade e a tenacidade.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- A572 Gr50:
- A microestrutura típica da laminação/consolidação convencional consiste em uma matriz de ferrita–perlita/ferrita refinada por microligação, dependendo das adições de microligação e da história térmica.
- Responde bem à laminação controlada e normalização; têmpera e revenimento não são típicos para formas estruturais cobertas pela especificação ASTM A572.
- A992:
- Produzido e especificado principalmente para formas laminadas de flange larga; a prática do moinho foca na laminação e resfriamento controlados para produzir uma microestrutura uniforme de ferrita–perlita ou bainítica-lean temperada com tamanho de grão fino.
- Processos de controle termo-mecânico (TMCP) e microligação são usados para atender à distribuição mecânica e de tenacidade mais rigorosa exigida para aplicações de vigas/colunas.
- Tratamento térmico:
- Nenhum dos dois, A572 Gr50 ou A992, é normalmente fornecido temperado como padrão; ambos são fornecidos nas condições como laminado ou normalizado. Tratamentos térmicos adicionais pós-fabricação são ocasionalmente especificados para requisitos de projetos específicos, mas não são padrão para esses graus.
- A normalização e o TMCP melhoram a tenacidade e refinam o tamanho do grão; aumentar a endurecibilidade através de maior liga melhoraria a resistência, mas poderia afetar negativamente a soldabilidade, a menos que compensado por estratégias de microligação.
4. Propriedades Mecânicas
Os principais valores mecânicos garantidos são definidos pelas especificações. Tabela comparativa típica:
| Propriedade | A572 Grau 50 | A992 |
|---|---|---|
| Resistência Mínima ao Escoamento | 50 ksi (345 MPa) | 50 ksi (345 MPa) |
| Resistência à Tração Típica | ~65–85 ksi (450–585 MPa) | ~65–85 ksi (450–585 MPa) |
| Alongamento (mínimo, depende da espessura) | ≈ 18% (varia conforme a espessura) | ≈ 18% (varia conforme a espessura) |
| Tenacidade ao Impacto | Pode ser produzido com valores CVN adequados; teste opcional/contratual | Frequentemente produzido com controle de tenacidade mais rigoroso para formas laminadas; testes de impacto podem ser exigidos por projeto |
| Dureza | Correlaciona-se com a resistência; dureza típica da faixa estrutural | Semelhante ao A572 Gr50 quando produzido no mesmo nível de resistência |
Interpretação: - Ambos os graus oferecem a mesma resistência mínima ao escoamento (50 ksi) por especificação. A resistência à tração e a ductilidade são comparáveis na prática. - As diferenças aparecem na rigidez da distribuição, consistência entre as formas de produto e os controles de processo do moinho, em vez de nos números de resistência nominais. - A992 frequentemente oferece tenacidade e soldabilidade mais consistentes em formas de flange larga devido aos limites de composição e à prática de laminação.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do teor de carbono, equivalente de carbono (CE) e microligação. Dois índices comuns são úteis ao avaliar o risco de trincas na solda:
-
Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Parâmetro crítico de soldabilidade (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ correlacionam-se com menor risco de trincas a frio e menor necessidade de pré-aquecimento/tratamento térmico pós-solda. - A química mais rigorosa do A992 e os resíduos/microligação limitados são destinados a manter os equivalentes de carbono efetivos mais baixos ou pelo menos mais consistentes para a fabricação típica de vigas, melhorando a soldabilidade para soldas de filete e de raiz em condições de campo. - A572 Gr50 pode ser soldado facilmente, mas, dependendo da química do moinho e da forma do produto (chapa vs. forma laminada), pode exigir um controle mais cuidadoso da entrada de calor, pré-aquecimento ou qualificação do procedimento de solda em seções pesadas. - Ponto prático: sempre realize testes de qualificação do procedimento de solda e consulte os MTRs (relatórios de teste do moinho) para calcular CE/Pcm e definir requisitos de pré-aquecimento/pós-solda.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto A572 Gr50 quanto A992 são aços carbono/HSLA simples (não inoxidáveis) e dependem de revestimentos e medidas de design para proteção contra corrosão.
- Estratégias de proteção comuns:
- Galvanização a quente (comum para membros estruturais expostos ao clima).
- Sistemas de pintura / revestimentos duplex (primer + camada de acabamento) para exposições atmosféricas ou industriais.
- Primers ricos em zinco aplicados na fábrica e pintura em campo para estruturas parafusadas/montadas.
- PREN (índice de corrosão inoxidável) não é aplicável a esses aços não inoxidáveis. Para referência, PREN é calculado como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas não tem relevância para aços estruturais HSLA de carbono simples.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Corte e perfuração: ambos os graus são usináveis de forma semelhante; seções mais espessas e de maior resistência exigirão ferramentas e taxas de avanço mais robustas.
- Formação e dobra: A992 é otimizado para formas laminadas de flange larga e geralmente é produzido com a formação e montagem em mente. A chapa A572 Gr50 pode ser formada, mas a formabilidade depende fortemente da espessura, tratamento térmico e química exata.
- Maquinabilidade: aços microligados (com Nb, V) podem ser ligeiramente menos usináveis do que aços carbono simples. Para ambos os graus, a maquinabilidade é aceitável para fabricação, mas mais difícil do que aços de baixo carbono.
- Soldagem e ajuste: a química mais estreita do A992 ajuda a reduzir a variabilidade durante as operações de soldagem e ajuste em campo, muitas vezes simplificando os procedimentos de montagem.
8. Aplicações Típicas
| A572 Grau 50 | A992 |
|---|---|
| Chapa, componentes estruturais, membros soldados pesados, escoramento e aço estrutural geral onde a forma de chapa é necessária | Vigas e colunas de flange larga para estruturas de edifícios, tipicamente preferidas por fabricantes e montadores para formas estruturais |
| Componentes de ponte, quadros de caminhão, seções estruturais gerais | Vigas/colunas de edifícios comerciais, quadros de momento onde propriedades consistentes de flange/web e soldabilidade são necessárias |
Racional de seleção: - Escolha A572 Gr50 quando a disponibilidade de chapa, formas dimensionais específicas ou requisitos de projeto exigirem esse grau e quando os fabricantes estiverem preparados para controlar as variáveis de soldagem em chapas mais pesadas. - Escolha A992 ao especificar formas W para construção de edifícios onde soldabilidade, controle químico mais rigoroso e economia de forma de produto para vigas e colunas são importantes. A992 é amplamente preferido por fabricantes de aço para estruturas de edifícios.
9. Custo e Disponibilidade
- Disponibilidade:
- A992 é amplamente produzido para formas de flange larga por grandes moinhos na América do Norte e é frequentemente o padrão para vigas e colunas de edifícios—alta disponibilidade e prazos competitivos para seções comuns.
- A572 Gr50 está amplamente disponível em chapa e várias formas; a disponibilidade depende da forma do produto e do estoque do moinho.
- Custo:
- As diferenças de custo de material são geralmente modestas e impulsionadas mais pela forma do produto, fornecimento do moinho e condições de mercado do que pela química. Para vigas de flange larga, A992 é frequentemente competitivo em custo devido à otimização da produção para formas.
- O custo em nível de projeto deve incluir a produtividade de fabricação e soldagem— a química amigável à produção e soldagem do A992 pode reduzir os custos de montagem e retrabalho.
10. Resumo e Recomendação
| Métrica | A572 Gr50 | A992 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa (depende da química do moinho e da espessura da seção) | Muito boa (controle químico mais rigoroso otimizado para fabricação) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Alta resistência; tenacidade alcançável com laminação/processamento adequados | Alta resistência com distribuição de tenacidade mais consistente para formas |
| Custo (relativo) | Comparável; depende da forma e disponibilidade | Frequentemente eficiente em custo para seções laminadas de flange larga |
Recomendações: - Escolha A572 Grau 50 se você precisar de chapa, membros fabricados sob medida, ou requisitos de projeto exigirem explicitamente material A572, e você tiver controle sobre os procedimentos de soldagem e gerenciamento da entrada de calor para seções mais espessas. - Escolha A992 se você estiver especificando formas laminadas de flange larga para estruturas de edifícios e quiser controle composicional mais rigoroso, soldabilidade previsível na fábrica/campo e economia de forma de produto para vigas e colunas.
Nota prática final: ambos os graus são amplamente utilizados e podem atender a requisitos estruturais exigentes quando especificados com a forma de produto correta, limites de espessura e protocolos de soldagem/inspeção em nível de projeto. Sempre revise os relatórios de teste do moinho, calcule os equivalentes de carbono para conexões soldadas e verifique quaisquer requisitos de tenacidade ou revestimento dependentes do projeto antes da aquisição final.