ABS A vs AH36 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
ABS A e AH36 são dois graus de aço estrutural amplamente utilizados na construção naval, encontrados por projetistas, fabricantes e equipes de compras. Os engenheiros frequentemente escolhem entre eles ao equilibrar custo, resistência necessária, soldabilidade e condições de serviço (por exemplo, uma placa de convés de carga onde a economia de peso é importante em comparação com uma placa de casco onde a tenacidade através da espessura e tensões permitidas mais altas são necessárias). A principal distinção prática é uma de grau de especificação e desempenho mecânico mínimo: ABS A é uma placa de navio estrutural convencional (leve) com resistência mínima mais baixa, enquanto AH36 é um aço estrutural de construção naval de alta resistência com requisitos de tenacidade mais rigorosos e comumente usado onde tensões permitidas mais altas ou seções mais finas são desejadas. Esses graus são frequentemente comparados porque ocupam posições adjacentes nas hierarquias estruturais de navios e porque substituir um pelo outro afeta a espessura da placa, parâmetros de fabricação e custo.
1. Normas e Designações
- ABS A: Designação usada nas regras do American Bureau of Shipping (ABS) e especificações de construção naval equivalentes. Comparável a aços estruturais gerais para navios (frequentemente alinhados com a nomenclatura mais antiga “Grau A”).
- AH36: Grau de aço de construção naval de alta resistência, normalizado, encontrado nas regras do ABS e na ASTM A131 como Grau AH36. Também referenciado em outras normas de classificação e nacionais para aços marinhos.
- Normas equivalentes/relacionadas:
- ASTM/ASME: ASTM A131 (AH36 é um grau definido); aços do tipo “Grau A” estão representados em listagens ASTM mais antigas ou equivalentes.
- EN: Aços de construção naval europeus usam notações como S355G, S420G etc.; AH36 é aproximadamente comparável em resistência a alguns graus de aço S, mas os requisitos de composição/tenacidade diferem.
- JIS/GB: Normas nacionais fornecem graus de navios análogos; a referência cruzada exata deve ser verificada de acordo com a especificação do projeto.
- Classificação dos aços:
- Tanto ABS A quanto AH36 são aços estruturais de carbono-manganês (não inoxidáveis, não para ferramentas) na família HSLA/estrutural quando microaleados; AH36 é o grau estrutural de maior resistência.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir apresenta limites de composição típicos (wt%) comumente citados nas especificações de placas de navio ABS/ASTM. Os valores são indicativos; os limites exatos dependem da norma emissora, espessura da placa e fornecedor.
| Elemento | ABS A (limites típicos de especificação, wt%) | AH36 (limites típicos de especificação, wt%) |
|---|---|---|
| C (Carbono) | ≤ 0.18–0.20 (máx) | ≤ 0.16–0.18 (máx) |
| Mn (Manganês) | 0.60–1.60 (faixa) | 0.70–1.60 (faixa) |
| Si (Silício) | ≤ 0.50 (máx) | ≤ 0.50 (máx) |
| P (Fósforo) | ≤ 0.035–0.045 (máx) | ≤ 0.035 (máx) |
| S (Enxofre) | ≤ 0.035–0.045 (máx) | ≤ 0.035 (máx) |
| Cr (Cromo) | Normalmente ≤ 0.30 (traço) | Normalmente ≤ 0.30 (traço) |
| Ni (Níquel) | Normalmente ≤ 0.30 (traço) | Normalmente ≤ 0.30 (traço) |
| Mo (Molibdênio) | Não típico / traço | Não típico / traço |
| V (Vanádio) | Traço se microaleado | Traço se microaleado |
| Nb (Nióbio) | Normalmente não especificado / traço | Pode estar presente em variantes microaleadas de AH36 |
| Ti (Titânio) | Traço (desoxidação) | Traço (desoxidação) |
| B (Boro) | Normalmente não especificado | Normalmente não especificado |
| N (Nitrogênio) | Traço | Traço |
Notas: - AH36 é frequentemente produzido com química controlada e, às vezes, microaleação (Nb, V, Ti) ou laminação termomecânica para alcançar maior resistência ao escoamento e melhorar a tenacidade em espessuras menores. ABS A é geralmente um aço estrutural de carbono-manganês simples com menos adições de microaleação. - Diferenças na estratégia de liga: AH36 depende de C e Mn controlados, baixo P/S, e microaleação ou processamento termomecânico para aumentar a resistência ao escoamento enquanto preserva a tenacidade; ABS A enfatiza economia e ductilidade com metas de resistência/tenacidade menos rigorosas.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestruturas típicas:
- ABS A: Placas laminadas ou normalizadas geralmente têm uma microestrutura de ferrita–pearlita com perlita relativamente grossa em seções mais espessas. A estrutura suporta boa ductilidade, mas capacidade de alta resistência limitada.
- AH36: Dependendo do processamento (normalizado, TMCP — processamento termomecânico controlado), a microestrutura varia de ferrita–pearlita fina a ferrita bainítica ou poligonal fina com perlita dispersa e precipitados de microaleação. O AH36 TMCP pode apresentar tamanho de grão refinado e estruturas de discordância que aumentam a resistência ao escoamento sem aumentar proporcionalmente a dureza.
- Resposta ao tratamento térmico:
- Normalização: Ambos os graus respondem à normalização com refino de grão e melhoria da tenacidade; AH36 se beneficia mais porque a redução do tamanho do grão aumenta diretamente a tenacidade em maior resistência.
- Resfriamento e revenimento: Não é típico para placas de navio padrão (custoso e introduz distorção), mas aumentaria significativamente a resistência e dureza se aplicado.
- Processamento termomecânico (TMCP): Comum para AH36 — laminação controlada e resfriamento acelerado produzem microestruturas de grão fino com alta resistência ao escoamento e boa tenacidade. ABS A é menos comumente produzido por TMCP.
- Implicação prática: A rota de produção do AH36 enfatiza um equilíbrio entre resistência e tenacidade a baixa temperatura, enquanto o ABS A prioriza a conformabilidade e economia com histórias de laminação/térmicas mais simples.
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas abaixo são mínimas representativas e faixas típicas de acordo com especificações comuns de placas de navio; os valores reais dependem da espessura e da norma de certificação.
| Propriedade | ABS A (típico) | AH36 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência ao Escoamento (0.2% prova) | ~235 MPa (mín) | ~355 MPa (mín) |
| Resistência à Tração (Rm) | ~400–520 MPa (típico) | ~490–630 MPa (típico) |
| Alongamento (% em 200 mm ou 5.65√A) | ~20–25% | ~16–21% |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy V) | Classificação de temperatura inferior menos exigente; os valores variam conforme a especificação | Tenacidade a baixa temperatura especificada; comumente 27 J (ou mais) em temperaturas subzero especificadas, dependendo da espessura |
| Dureza (HB ou HRC) | Normalmente mais baixa (mais macia) | Mais alta, mas ainda moderada para preservar a soldabilidade |
Explicação: - Resistência: AH36 é o grau mais forte (maior resistência ao escoamento e à tração), permitindo seções mais finas para capacidade de carga equivalente. - Tenacidade: AH36 geralmente possui propriedades de impacto a baixa temperatura especificadas (frequentemente em temperaturas mais baixas do que ABS A), portanto, AH36 mantém resistência à fratura em serviço mais frio se fabricado de acordo com a especificação. - Ductilidade: ABS A geralmente apresenta maior alongamento devido à menor resistência ao escoamento e microestrutura mais grossa. - Os projetistas devem considerar a redução da tenacidade dependente da espessura; as propriedades garantidas de ambos os graus variam com a espessura da placa.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende da composição química (especialmente carbono e Mn), endurecibilidade e elementos de microaleação.
- Medidas de equivalente de carbono são usadas para avaliar as necessidades de pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda. Uma fórmula comum é: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$ Isso fornece uma estimativa qualitativa da suscetibilidade a trincas a frio assistidas por hidrogênio e endurecibilidade.
- A fórmula Pcm mais abrangente é às vezes usada para aços com químicas complexas: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretação:
- ABS A: A menor resistência e química mais simples geralmente resultam em valores de equivalente de carbono mais baixos, significando soldabilidade mais fácil com menos pré-aquecimento e menor risco de trincas por hidrogênio.
- AH36: A maior resistência, controle químico mais rigoroso e possível microaleação podem aumentar modestamente CE/Pcm. O AH36 ainda solda bem com procedimentos apropriados (pré-aquecimento, seleção de consumíveis, controle de entrada de calor), mas cuidado é necessário para placas mais espessas e quando a dureza máxima permitida na HAZ é uma preocupação.
- Conselho prático: Sempre calcule CE ou Pcm para a análise química real e espessura para definir temperaturas de pré-aquecimento e interpassagem e para selecionar metais de enchimento que correspondam aos requisitos de tenacidade e tração.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto ABS A quanto AH36 são aços de carbono-manganês não inoxidáveis e requerem proteção de superfície em ambientes marinhos.
- Estratégias de proteção típicas:
- Revestimentos de barreira (primers marinhos, epóxis)
- Galvanização a quente para algumas estruturas secundárias (limitada para placas pesadas devido a problemas dimensionais/de inspeção)
- Proteção catódica (para estruturas submersas)
- Sistemas de pintura de manutenção regular para casco e convés expostos
- Índices inoxidáveis: PREN não é aplicável a esses graus não inoxidáveis. Para referência, PREN é calculado como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas é significativo apenas para ligas inoxidáveis onde Cr, Mo, N são significativos.
- Diferenças no desempenho contra corrosão: Nenhum dos graus é inerentemente resistente à corrosão; a química ligeiramente diferente do AH36 não altera materialmente a resistência à corrosão atmosférica em comparação com o ABS A. A seleção para serviço corrosivo deve se concentrar em revestimento, inspeção e margem de corrosão no projeto.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Dobra e conformação:
- ABS A, com menor resistência ao escoamento, é geralmente mais fácil de dobrar e conformar com menor retorno elástico e forças necessárias mais baixas.
- AH36, devido à maior resistência ao escoamento, requer cargas de conformação maiores e tem maior retorno elástico; ferramentas cuidadosas e raios de dobra são necessários.
- Maquinabilidade:
- Ambos são usináveis com práticas padrão de aço-carbono. A maior resistência do AH36 pode reduzir ligeiramente as velocidades de corte ou aumentar o desgaste da ferramenta em relação ao ABS A.
- Corte e aninhamento:
- Corte a chama, plasma e oxi-combustível funcionam para ambos; AH36 mais espesso pode exigir controle térmico mais rigoroso para evitar degradação da HAZ.
- Acabamento:
- Desbaste e preparação de superfície para revestimento seguem fluxos de trabalho semelhantes; a maior resistência do AH36 não complica o acabamento de superfície padrão.
8. Aplicações Típicas
| ABS A — Usos Típicos | AH36 — Usos Típicos |
|---|---|
| Membros estruturais não críticos, reforços, suportes, subplacas de fundo de tanque, áreas secundárias do casco onde a economia é priorizada | Revestimento primário do casco, reforços de alta resistência, coberturas de escotilhas, partes onde a redução da espessura da placa e tensões permitidas mais altas são necessárias |
| Fabricação geral onde maior ductilidade e conformação mais fácil são preferidas | Estruturas de navios expostas a climas mais frios ou que requerem certificação específica de tenacidade a baixa temperatura |
| Substituições e reparos onde o custo é o principal fator e as cargas são moderadas | Estruturas de novas construções onde a otimização de peso e tensões de projeto mais altas são utilizadas |
Racional de seleção: - Use ABS A quando a economia, conformabilidade e fabricação simples dominarem e quando as tensões e o ambiente exigidos não exigirem alta resistência ou tenacidade a baixa temperatura certificada. - Use AH36 quando os projetistas precisarem de maior capacidade de resistência ao escoamento/tração, melhor tenacidade garantida a temperaturas mais baixas, ou quando a redução de peso/espessura for um objetivo de projeto.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: AH36 é tipicamente mais caro por tonelada do que ABS A devido ao controle químico mais rigoroso, processamento especializado (TMCP ou normalizado) e custos de certificação/teste. No entanto, o custo por estrutura pode favorecer o AH36 se as reduções de espessura da placa compensarem o preço unitário mais alto.
- Disponibilidade: Ambos os graus são comumente estocados por centros de serviços de aço na forma de placas, mas a disponibilidade de espessuras específicas, revestimentos ou relatórios de teste de moinho certificados deve ser confirmada. O AH36 pode estar menos disponível em espessuras muito grandes ou tamanhos de placas não padrão sem tempo de espera.
10. Resumo e Recomendação
| Característica | ABS A | AH36 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa (mais fácil, menor CE) | Boa a moderada (exige controles para placas mais espessas) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Menor resistência, maior ductilidade | Maior resistência com tenacidade a baixa temperatura especificada |
| Custo | Menor por tonelada | Maior por tonelada, mas com potencial de economia de peso |
Conclusão e recomendações práticas: - Escolha ABS A se: as prioridades do projeto forem o menor custo, conformação e soldagem mais fáceis, e a aplicação não exigir alta resistência ao escoamento ou tenacidade a baixa temperatura certificada. Exemplo: estrutura secundária, suportes, ou onde a proteção contra corrosão e espessura são facilmente gerenciadas. - Escolha AH36 se: você precisar de tensões permitidas mais altas, resistência ao impacto a baixa temperatura certificada, ou a capacidade de reduzir a espessura da placa para economia de peso ou espaço. AH36 é a escolha lógica para revestimento primário do casco, membros estruturais críticos, ou projetos otimizados para peso.
Nota final: Sempre consulte a especificação do projeto em vigor e os certificados de teste do moinho/estaleiro para os requisitos químicos e mecânicos exatos. Para soldagem, calcule $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ a partir da análise real do moinho e aplique os procedimentos apropriados de pré-aquecimento e pós-solda.