A615 vs A706 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
ASTM A615 e ASTM A706 são dois dos graus de aço de reforço (vergalhão) mais comumente especificados na construção de concreto. Engenheiros, gerentes de compras e fabricantes frequentemente ponderam a escolha entre o A615, de custo mais baixo e de uso geral, e o A706, mais rigorosamente controlado, ao especificar o reforço para projetos. Os principais fatores de decisão incluem custo, disponibilidade, ductilidade requerida e se a soldagem ou detalhamento sísmico é necessário.
A principal distinção técnica que orienta a comparação é o controle metalúrgico voltado para a ductilidade e resistência a microestruturas propensas a trincas durante a soldagem e carregamento sísmico. Como o A706 é produzido com limites químicos mais rigorosos e desempenho mecânico especificado para maior tenacidade e ductilidade, os dois graus são frequentemente avaliados juntos quando os projetos exigem desempenho aprimorado (por exemplo, conexões soldáveis ou resiliência sísmica) em comparação com quando a economia e a disponibilidade são primordiais.
1. Normas e Designações
- ASTM/ASME:
- ASTM A615: Especificação Padrão para Barras de Aço Carbono Deformadas e Lisas para Reforço de Concreto.
- ASTM A706: Especificação Padrão para Barras de Aço de Baixa Liga Deformadas e Lisas para Reforço de Concreto.
- Equivalentes internacionais / normas relacionadas:
- EN: Vários tipos EN 10080 / BS 4449 definem aços de reforço com papéis comparáveis (ductil vs uso geral).
- JIS/GB: Normas nacionais para vergalhão no Japão e na China fornecem classes de produtos comparáveis, mas a química e os requisitos mecânicos diferem.
- Classificação:
- A615 — Barra de aço carbono para reforço (lisa ou deformada).
- A706 — Barra de aço de baixa liga para reforço com química e propriedades mecânicas controladas, destinadas a melhorar a ductilidade e soldabilidade.
- Nenhum é um aço inoxidável ou aço para ferramentas; ambos são graus de reforço estrutural de carbono/baixa liga.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Os dois graus são principalmente aços carbono-ferrosos, mas divergem na forma como os elementos químicos são controlados. A tabela a seguir resume a presença, ênfase no controle e propósito para elementos comuns, em vez de porcentagens exatas.
| Elemento | A615 (vergalhão de carbono) | A706 (vergalhão de baixa liga, ductil) |
|---|---|---|
| C (Carbono) | Presente; a composição é típica de vergalhão de carbono e pode ser maior que a do A706; menos rigorosamente controlada | Controlada para limites máximos mais baixos para melhorar a ductilidade e soldabilidade |
| Mn (Manganês) | Presente como liga de resistência e desoxidação; típica de vergalhão de carbono | Presente, mas controlada; usada para alcançar resistência com menor C |
| Si (Silício) | Presente como desoxidante; não rigidamente restrito | Presente, papel semelhante; limites ajudam a controlar a tenacidade |
| P (Fósforo) | Geralmente limitado, mas pode ser maior que o A706 em algumas fontes | Limites mais rigorosos para reduzir o risco de fragilização |
| S (Enxofre) | Tipicamente presente em baixas quantidades; S mais alto degrada a ductilidade | Limites mais rigorosos para melhorar a ductilidade e reduzir a fragilidade a quente |
| Cr, Ni, Mo (Cr, Ni, Mo) | Geralmente não intencionalmente ligado; pode estar presente em níveis de traço | Geralmente restrito; abordagem de baixa liga evita aumentos significativos na capacidade de endurecimento |
| V, Nb, Ti (microligação) | Pode estar presente em alguns produtores para controlar resistência/temperatura | Pode estar presente em quantidades controladas no A706 para gerenciar o tamanho do grão e a tenacidade, mas limitado para evitar endurecimento |
| B | Não tipicamente controlado; traço | Não tipicamente usado; controlado se presente |
| N (Nitrogênio) | Não tipicamente controlado além da prática padrão de aço | Controlado como parte da química geral quando necessário para controle de tenacidade |
Como a liga afeta o comportamento: - Maior carbono aumenta a resistência e a capacidade de endurecimento, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade. - O manganês aumenta a resistência e a capacidade de endurecimento e ajuda na desoxidação; quando combinado com maior C, pode aumentar a suscetibilidade a microestruturas duras e quebradiças. - A microligação (V, Nb, Ti) pode refinar grãos e aumentar a resistência por meio do endurecimento por precipitação, mas quantidades excessivas ou a alta capacidade de endurecimento resultante podem aumentar o risco de trincas nas zonas afetadas pelo calor da soldagem. - A estratégia química do A706 é minimizar elementos que aumentam a capacidade de endurecimento e o risco de trincas assistidas por hidrogênio, enquanto usa Mn controlado e microligação para alcançar resistências alvo com melhor ductilidade.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
O processamento típico para vergalhão é a laminação a quente e resfriamento controlado, em vez de tratamentos térmicos pós-laminação distintos para a maioria da produção.
- A615:
- Microestrutura típica após laminação a quente: mistura de ferrita–pearlita, dependendo da taxa de resfriamento e composição.
- Como a química é orientada para vergalhão de carbono, a microestrutura pode conter frações mais altas de perlita ou colônias perlíticas mais finas em aquecimentos de maior carbono.
- A normalização, têmpera ou revenimento não são etapas comuns de produção para vergalhão padrão A615; as propriedades são amplamente definidas pela composição e laminação/resfriamento.
- A706:
- Produzido com práticas de química e laminação destinadas a produzir uma microestrutura mais ductil e resistente (matriz ferrítica com perlita controlada e/ou constituintes bainíticos, dependendo do resfriamento).
- O controle termo-mecânico (laminação controlada e resfriamento acelerado) pode ser usado para refinar o tamanho do grão e aumentar a tenacidade/ductilidade sem aumentar a capacidade de endurecimento.
- A resposta do A706 a tratamentos térmicos é semelhante a outros aços de baixa liga, mas o tratamento térmico pós-laminação não é a norma para produtos de vergalhão; a ênfase está no processamento na usina para alcançar o comportamento mecânico requerido.
Impacto do processamento: - Resfriamento mais rápido ou maior teor de liga aumenta a capacidade de endurecimento e o potencial para microestruturas mais duras; isso geralmente é evitado para o A706. - O refino de grãos e temperaturas de transformação controladas são usados para melhorar a tenacidade para aplicações sísmicas.
4. Propriedades Mecânicas
Fornecer caracterização mecânica comparativa em vez de valores numéricos fixos para todos os produtos, uma vez que ambos os padrões permitem múltiplos níveis de grau.
| Propriedade | A615 (típico) | A706 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Atende às classes de tração especificadas para vergalhões padrão; resistência típica para um determinado número de grau é comparável | Requisitos de tração nominais semelhantes para números de grau correspondentes |
| Resistência ao escoamento | Especificada por grau (por exemplo, 40, 60, 75) — o grau 60 amplamente utilizado é comum | Mesmas designações de grau disponíveis, mas o A706 geralmente requer comportamento específico de escoamento/elongação |
| Alongamento (ductilidade) | Aceitável para aplicações gerais de concreto; menor que o A706 em muitas situações com resistências semelhantes | Ductilidade requerida mais alta e alongamento controlado; melhor alongamento uniforme e comportamento pós-escoamento |
| Tenacidade ao impacto | Não uniformemente especificada para todos os produtos; pode ser menor dependendo da química | Frequentemente exibe melhor tenacidade e resistência à fratura quebradiça devido à química/processamento controlados |
| Dureza | Variável; pode ser maior em aquecimentos de maior carbono | Geralmente controlada para evitar alta dureza que prejudicaria a soldabilidade ou tenacidade |
Interpretação: - Para números de grau correspondentes (por exemplo, “Grau 60”), as resistências nominais de escoamento/tração são comparáveis entre A615 e A706; a diferença reside predominantemente na ductilidade e tenacidade em níveis de resistência semelhantes. - O A706 é especificado para fornecer superior deformabilidade e resistência à fratura em cenários de carregamento dinâmico ou sísmico.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do equivalente de carbono, teor de hidrogênio e capacidade de endurecimento. Dois índices empíricos comumente usados:
-
Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil com risco reduzido de trincas a frio. O A706 é produzido com equivalentes de carbono mais baixos (por meio de menor carbono e liga controlada) para melhorar a soldabilidade e reduzir a suscetibilidade a trincas assistidas por hidrogênio na zona afetada pelo calor da soldagem. - O A615 pode ter maior carbono e conteúdos de microligas não controlados em alguns aquecimentos, o que pode produzir maior capacidade de endurecimento e maior risco de trincas quando soldado, particularmente com altas entradas de calor ou condições inadequadas de pré-aquecimento/pós-aquecimento e baixa temperatura ambiente. - Orientação prática: especifique A706 quando o desempenho pós-soldagem e a resistência a trincas forem importantes; para A615, a soldagem deve ser abordada com cautela e controles de engenharia (pré-aquecimento, eletrodos de baixo hidrogênio, procedimentos qualificados) aplicados.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto o A615 quanto o A706 são aços carbono/baixa liga não inoxidáveis e são suscetíveis à corrosão em ambientes clorados ou corrosivos.
- Estratégias comuns de proteção:
- Revestimento epóxi de vergalhão
- Galvanização (revestimento de zinco), embora a deformação e a adesão do revestimento exijam cuidado
- Vergalhão revestido de inox ou inoxidável para ambientes severos
- Cobertura de concreto, aditivos e sistemas de proteção catódica
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) não é aplicável a esses graus de vergalhão não inoxidáveis. Para seleção de vergalhão inoxidável, use: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Nota de seleção: se a resistência à corrosão for o principal fator, A615 ou A706 devem ser especificados com revestimentos apropriados ou substituídos por alternativas inoxidáveis ou resistentes à corrosão.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Dobra e conformação:
- A706 é geralmente preferido onde alta ductilidade e raios de dobra mais apertados são necessários (detalhamento sísmico, dobra em campo).
- A615 apresenta desempenho aceitável para dobra padrão, mas pode ter menos ductilidade de reserva para dobra a frio extrema ou concentrações de estresse severas.
- Corte/maquinagem:
- Ambos os graus são tipicamente cortados por serra abrasiva, tesouras mecânicas ou corte oxi-combustível/térmico. A maquinabilidade não é uma preocupação primária para vergalhão.
- Acabamento:
- Revestimentos de superfície (epóxi, galvanização) são aplicados pós-laminação em ambos os casos; a química do A706 não impede os processos de revestimento e pode ajudar indiretamente na vida útil do revestimento, apoiando um melhor comportamento de aderência ao concreto devido a modos de falha ductil.
8. Aplicações Típicas
| A615 — Usos Típicos | A706 — Usos Típicos |
|---|---|
| Concreto armado geral em edifícios, fundações, lajes e estruturas não sísmicas onde a soldagem é mínima | Regiões sísmicas e estruturas onde alta ductilidade é requerida; reforço soldado e conexões estruturais |
| Concreto maciço onde economia e ampla disponibilidade são prioridades | Pontes, infraestrutura crítica e estruturas que requerem controle rigoroso do comportamento de fratura |
| Membros estruturais não críticos e retrofit onde vergalhão revestido é usado para mitigação de corrosão | Aplicações que requerem soldagem em campo, emendas mecânicas com altas demandas de deformação e conformidade controlada com normas |
Racional de seleção: - Escolha A615 para economia e ampla disponibilidade em papéis de reforço convencionais. - Escolha A706 para aplicações críticas que requerem melhor ductilidade, soldabilidade e resistência à fratura, especialmente em projetos sísmicos ou onde a soldagem de barras é especificada.
9. Custo e Disponibilidade
- A615: Amplamente produzido e geralmente a escolha mais econômica; disponível em uma ampla gama de tamanhos e números de grau de muitas usinas.
- A706: Tipicamente com preço mais alto devido a controles químicos mais rigorosos e, às vezes, processamento especializado; a disponibilidade pode ser mais limitada e os prazos de entrega mais longos, dependendo da região e do fornecedor.
- Nota de compras: o custo total do projeto deve incluir potenciais economias de detalhamento simplificado (se o uso do A706 permitir conexões soldadas) em comparação com o custo de material mais alto.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | A615 | A706 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Adequada para conectores tensionados pós-soldagem quando controlada; mais sensível à solda no geral | Superior — projetado para soldabilidade e risco reduzido de trincas |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Atende às classes de resistência nominais; tenacidade menor para resistência semelhante | Melhor tenacidade e ductilidade em graus de resistência comparáveis |
| Custo | Mais baixo, mais amplamente disponível | Mais alto, pode ter prazos de entrega mais longos |
Recomendações: - Escolha A615 se custo e ampla disponibilidade forem os principais fatores, o projeto não exigir soldagem de reforço e a ductilidade padrão for aceitável. - Escolha A706 se o projeto exigir melhor ductilidade, tenacidade e soldabilidade — por exemplo, em detalhamento sísmico, emendas soldadas ou infraestrutura crítica onde o risco de fratura deve ser minimizado.
Nota prática final: sempre especifique o grau preciso, tamanho, procedimentos de solda requeridos e qualquer revestimento ou proteção contra corrosão nos documentos contratuais. Para aplicações soldadas, inclua qualificações de procedimentos de solda, requisitos de pré-aquecimento/pós-aquecimento e controles de hidrogênio nas especificações para garantir que o desempenho em campo esteja alinhado com a intenção do projeto.