BH180 vs BH220 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente ponderam as compensações entre resistência, ductilidade, soldabilidade, custo e disponibilidade ao selecionar aços estruturais. BH180 e BH220 são dois graus de aço comercial intimamente relacionados que são frequentemente comparados quando um projeto requer chapa ou fita estrutural de baixa a média resistência, onde a conformabilidade e o custo são importantes. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha entre material de menor custo e mais fácil de formar para componentes estruturais leves versus uma opção de maior rendimento quando maior capacidade de carga ou seções mais finas são desejadas.
A principal característica distintiva entre BH180 e BH220 é seu nível de resistência ao escoamento projetado: BH220 é especificado para um rendimento mínimo mais alto do que BH180. Como a resistência ao escoamento governa as tensões de projeto permitidas, estratégias de fabricação e, às vezes, processos de conformação a frio e união a jusante, esses graus são comumente comparados em especificações de projeto e fabricação.
1. Normas e Designações
- Normas comuns onde graus semelhantes baseados em rendimento aparecem: normas nacionais como GB (China), JIS (Japão), EN (Europa) e ASTM/ASME (EUA). Nomes de grau específicos e convenções de numeração diferem por jurisdição; a nomenclatura "BH" é mais comumente encontrada em normas asiáticas e catálogos de fornecedores para aços estruturais laminados a quente e a frio.
- Classificação por família de aço:
- BH180: tipicamente um aço estrutural de carbono ou microaleado de baixa a média resistência (não inoxidável).
- BH220: tipicamente um aço estrutural de carbono ou microaleado de média resistência (não inoxidável).
- Estes não são aços para ferramentas, aços inoxidáveis ou graus de alta liga; normalmente são tratados como aços estruturais de carbono/microaleados (semelhantes ao aço macio ou HSLA dependendo do conteúdo de microaleação).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Abaixo está uma tabela de composição representativa mostrando elementos comumente especificados para aços estruturais de baixa a média resistência. As composições reais variam por fornecedor e norma. Sempre confirme com o certificado de material do fabricante.
| Elemento | Faixa típica (wt%) — BH180 | Faixa típica (wt%) — BH220 |
|---|---|---|
| C | 0.06–0.18 | 0.08–0.20 |
| Mn | 0.30–1.20 | 0.40–1.20 |
| Si | 0.02–0.40 | 0.02–0.40 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30 (opcional) | ≤ 0.30 (opcional) |
| Ni | ≤ 0.30 (opcional) | ≤ 0.30 (opcional) |
| Mo | ≤ 0.10 (opcional) | ≤ 0.10 (opcional) |
| V | traço–0.10 (variantes microaleadas) | traço–0.10 (variantes microaleadas) |
| Nb | traço–0.06 (variantes microaleadas) | traço–0.06 (variantes microaleadas) |
| Ti | traço (desoxidação/estabilização) | traço (desoxidação/estabilização) |
| B | níveis de ppm se usados | níveis de ppm se usados |
| N | tipicamente ≤ 0.012 | tipicamente ≤ 0.012 |
Notas: - Estas são faixas representativas usadas em aços estruturais de baixa e média resistência. Elementos de microaleação como V, Nb, Ti podem ser intencionalmente adicionados em baixos níveis para controlar o tamanho do grão, endurecimento por precipitação e tenacidade sem aumentar significativamente o equivalente de carbono. - Um maior teor de carbono ou adições deliberadas de Cr, Ni ou Mo moveriam o grau em direção a aços ligados e mudariam a soldabilidade e a resposta ao tratamento térmico.
Como a liga afeta o desempenho: - Carbono: principal contribuinte para a dureza e resistência; maior teor de carbono aumenta a resistência, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade. - Manganês: aumenta a resistência e a dureza e compensa a fragilização por enxofre; em excesso prejudica a conformabilidade. - Silício: desoxidante; pequenas quantidades podem aumentar a resistência. - Microaleação (V, Nb, Ti): refino de grão e endurecimento por precipitação, melhorando o rendimento e a tenacidade sem grandes aumentos no carbono.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas como processadas para graus BH: - BH180: geralmente uma microestrutura de ferrita–pearlita na condição como laminada com grãos relativamente grossos se não microaleada; variantes microaleadas mostram ferrita mais fina com carbonetos/nitratos dispersos. - BH220: frequentemente uma base de ferrita–pearlita semelhante, mas com uma maior proporção de fases endurecidas por trabalho ou precipitação (por exemplo, ferrita mais fina, precipitados mais dispersos) seja por composição (C/Mn ligeiramente mais alto) ou processamento termo-mecânico controlado.
Efeitos de rotas de processamento comuns: - Normalização: refina o tamanho do grão e homogeneiza a microestrutura, melhorando a tenacidade e, às vezes, a resistência modestamente. Ambos os graus se beneficiam da normalização se maior tenacidade for necessária. - Resfriamento e têmpera: geralmente não é econômico ou necessário para graus BH; Q&T transicionaria esses materiais para microestruturas de têmpera resfriada (martensita temperada/bainita temperada) com resistência muito maior e ductilidade reduzida em relação à intenção do grau estrutural. - Processamento de controle termo-mecânico (TMCP): frequentemente aplicado ao BH220 para alcançar maior resistência ao escoamento através de laminação controlada e resfriamento acelerado, produzindo ferrita refinada com endurecimento por precipitação enquanto mantém ductilidade e tenacidade.
Em resumo, o BH220 é produzido seja por um conteúdo de liga ligeiramente mais alto ou por um TMCP mais agressivo para alcançar maior resistência ao escoamento enquanto retém tenacidade e conformabilidade aceitáveis.
4. Propriedades Mecânicas
Faixas representativas de propriedades mecânicas para BH180 e BH220 em formas de produto comuns (chapa/ bobina). Confirme os valores reais a partir do certificado de teste do moinho.
| Propriedade | BH180 (típico) | BH220 (típico) |
|---|---|---|
| Resistência ao Escoamento Mínima Especificada (0.2% offset) | ~180 MPa | ~220 MPa |
| Resistência à Tração (Rm) | ~300–420 MPa | ~360–520 MPa |
| Alongamento (A%) | ~20–30% | ~16–25% |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy V-notch, típico em ambiente) | Boa; depende da espessura/processo | Comparável ou ligeiramente inferior se a resistência for alcançada por liga ou TMCP |
| Dureza (HB) | Baixa a moderada (~100–160 HB) | Moderada (~130–190 HB) |
Interpretação: - Resistência: BH220 tem um rendimento especificado mais alto e geralmente maior resistência à tração do que BH180, permitindo seções mais finas para a mesma carga. - Ductilidade & tenacidade: BH180 tende a ser mais dúctil e mais fácil de formar; BH220 pode ser projetado para manter boa tenacidade, mas variantes de maior resistência frequentemente trocam algum alongamento por rendimento. - Implicação de projeto: Escolha BH220 para maior capacidade de carga ou redução da espessura da seção; escolha BH180 quando a conformação, dobra ou absorção de energia for priorizada.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é influenciada principalmente pelo teor de carbono, liga combinada (dureza) e resíduos. Dois índices empíricos úteis:
-
Equivalente de Carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm Modificado (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: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ implicam soldabilidade mais fácil e menor risco de trincas a frio induzidas por hidrogênio. - BH180 tipicamente tem um equivalente de carbono mais baixo do que BH220 se BH220 atinge rendimento através de C/Mn ligeiramente mais alto ou microaleação adicional; portanto, BH180 é frequentemente marginalmente mais fácil de soldar sem pré-aquecimento. - Microaleação (Nb, V) pode aumentar a dureza localmente e necessitar de procedimentos de soldagem controlados (menor entrada de calor, pré-aquecimento/pós-aquecimento) para seções mais grossas. - Orientação prática: Avalie a espessura da junta, controle de hidrogênio e processo de soldagem; ao soldar BH220, considere pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes e correspondência de preenchimento apropriada para evitar microestruturas frágeis na ZTA.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, BH180 ou BH220, são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão é típica de aços carbono. A exposição a ambientes úmidos ou corrosivos requer proteção de superfície.
- Estratégias de proteção comuns:
- Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica.
- Revestimentos/orgânicos para uso arquitetônico ou adjacente ao mar (com preparação de superfície adequada).
- Revestimento ou revestimento em ambientes especialmente corrosivos.
- PREN não é aplicável porque estes não são graus inoxidáveis. Para completude, o índice PREN usado para aços inoxidáveis é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas isso não se aplica a aços carbono de baixa liga.
- Se resistência à corrosão for necessária no projeto, considere mudar para um grau inoxidável adequado ou aplicar revestimentos apropriados; essas considerações afetarão fortemente o custo do ciclo de vida.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Conformabilidade: BH180 geralmente oferece melhor conformação a frio (dobra, estiramento) devido ao menor rendimento e maior alongamento. BH220 pode ser formado, mas pode exigir raios de dobra maiores ou recozimento intermediário para estiramento profundo.
- Maquinabilidade: Ambos os graus são usináveis com ferramentas padrão; maior resistência (BH220) pode aumentar o desgaste da ferramenta e as forças de corte. Escolha velocidades e avanços de corte para corresponder à resistência e dureza.
- Processos de corte e térmicos: Corte a plasma, oxicombustível e laser são comumente usados; seções mais grossas de BH220 podem exigir parâmetros ajustados devido à maior resistência e possível suscetibilidade a trincas térmicas.
- Acabamento de superfície/acabamento: BH180 pode aceitar acabamentos de superfície mais finos a um custo ligeiramente mais baixo devido à usinagem mais fácil e menor dureza.
8. Aplicações Típicas
| BH180 — Aplicações Típicas | BH220 — Aplicações Típicas |
|---|---|
| Seções estruturais leves, fabricação geral, painéis internos automotivos, suportes de baixa carga, estruturas leves | Componentes estruturais de média resistência, membros de chassi, estruturas que requerem maior rendimento, estruturas de transporte onde seções mais finas são desejadas |
| Bens de consumo onde a conformabilidade e o custo são priorizados | Equipamentos agrícolas e de construção onde maior relação resistência/peso é necessária |
| Componentes arquitetônicos pintados ou galvanizados com cargas moderadas | Componentes que se beneficiam da resistência produzida por TMCP com tenacidade retida (por exemplo, quadros de reboque, membros de suporte de carga média) |
Racional de seleção: - BH180: escolhido onde a conformação, absorção de energia e custo são primários; seções mais grossas podem ser usadas para atender à resistência. - BH220: escolhido onde a economia de peso, maior tensão permitida ou seções mais finas são desejadas, enquanto ainda se utiliza um aço carbono/microaleado.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: BH220 é tipicamente modestamente mais caro do que BH180 por unidade de massa devido ao maior processamento (TMCP) ou ligeiramente maior liga; no entanto, BH220 pode reduzir o custo total da peça ao permitir espessura reduzida.
- Disponibilidade: Ambos estão comumente disponíveis em formas de chapa e bobina nos mercados regionais onde essas designações são usadas; as formas exatas de produto e larguras de bobina variam por moinho e região. BH180 ou equivalentes são quase universalmente estocados; BH220 pode ser produzido sob encomenda em alguns mercados dependendo da demanda.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | BH180 | BH220 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (menor equivalente de carbono em muitos casos) | Bom, mas pode exigir controles mais rigorosos para seções mais grossas |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Menor rendimento, maior ductilidade | Maior rendimento, potencialmente tenacidade semelhante se TMCP; menos dúctil |
| Custo | Menor custo de material por tonelada | Maior custo de material por tonelada, mas pode reduzir peso/custo da peça |
Recomendações: - Escolha BH180 se precisar de facilidade de conformação e soldagem, maior ductilidade, e a aplicação tolerar uma resistência ao escoamento mais baixa—exemplos: peças estruturais leves, componentes fortemente formados, e onde o custo é um fator primário. - Escolha BH220 se precisar de um rendimento mínimo mais alto para reduzir a espessura ou massa da seção enquanto mantém uma tenacidade razoável—exemplos: membros estruturais de carga média, quadros, ou aplicações onde a economia de peso é importante.
Nota final: BH180 e BH220 são escolhas baseadas em rendimento dentro da família mais ampla de aços estruturais de carbono e microaleados. Para qualquer projeto crítico, verifique a composição química exata e os certificados de teste mecânico do fornecedor, confirme as normas nacionais ou do projeto aplicáveis e valide os procedimentos de soldagem e conformação através de testes ou recomendações do fornecedor.