EH36 vs FH36 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
EH36 e FH36 são aços de construção naval de alta resistência comumente especificados para cascos e membros estruturais onde um equilíbrio de resistência, tenacidade e soldabilidade é necessário. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam as compensações, como tenacidade a baixa temperatura versus custo, soldabilidade versus espessura permitida, e facilidade de fabricação versus desempenho em serviço ao escolher entre os dois.
A principal distinção prática encontrada na indústria é como cada grau se comporta em seções de chapa muito grossas e sob condições de serviço exigentes a baixa temperatura. Como ambos são aços de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) projetados para estruturas marinhas, eles são frequentemente comparados lado a lado ao especificar chapas pesadas para membros primários do casco, estruturas offshore e outras fabrications críticas. A composição exata e as garantias mecânicas variam de acordo com a especificação e o moinho, portanto, a seleção deve ser baseada no código relevante e nos certificados de teste do moinho.
1. Normas e Designações
- Contextos de especificação comuns onde EH36 e FH36 aparecem:
- Sociedades de classificação e regras de construção naval (por exemplo, ABS, DNV/GL, Lloyd’s Register).
- Normas e equivalentes nacionais e internacionais de aço/produto (exemplos incluem categorias de construção naval ASTM/ASME, EN, JIS e várias normas GB). As referências cruzadas exatas dependem da autoridade e da forma do produto (chapa, bobina).
- Tipo de material: tanto EH36 quanto FH36 são aços carbono de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) adaptados para uso estrutural marinho (não são aços inoxidáveis ou aços para ferramentas). Eles não são aços inoxidáveis e requerem proteção de superfície para resistência à corrosão.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir apresenta intervalos de composição típicos frequentemente vistos em graus HSLA de construção naval da série "36". Estes são intervalos ilustrativos; certificados de moinho e a especificação controladora devem ser consultados para valores críticos do projeto.
| Elemento | Intervalo típico, EH36 (wt%) | Intervalo típico, FH36 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 | 0.08 – 0.20 |
| Mn | 0.70 – 1.60 | 0.70 – 1.60 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 (máx) | ≤ 0.035 (máx) |
| S | ≤ 0.035 (máx) | ≤ 0.035 (máx) |
| Cr | 0.00 – 0.30 | 0.00 – 0.30 |
| Ni | 0.00 – 0.50 | 0.00 – 0.50 |
| Mo | 0.00 – 0.10 | 0.00 – 0.10 |
| V | traço – 0.08 | traço – 0.08 |
| Nb (Nb/Ta) | traço – 0.06 | traço – 0.06 |
| Ti | traço – 0.02 | traço – 0.02 |
| B | traço (ppm) | traço (ppm) |
| N | ≤ 0.012 (típico) | ≤ 0.012 (típico) |
Notas: - Ambos os graus dependem de microligação (Nb, V, Ti) e química controlada para alcançar uma microestrutura de ferrita–perlita/ferrítica microligada de grão fino que oferece alta resistência ao escoamento com tenacidade aceitável. - Variações leves na química (por exemplo, controle mais rigoroso do enxofre, uso de adições de microligação ou pequenas adições de Ni/Cr) são usadas para adaptar a endurecibilidade, tenacidade a baixas temperaturas e desempenho através da espessura para chapas muito grossas. - Formulações de FH36 são frequentemente ajustadas para propriedades garantidas em seções mais grossas; EH36 pode ser produzido com química e processamento otimizados para melhorar a tenacidade a baixa temperatura em serviço.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas: - Ambos os graus são produzidos para resultar em uma microestrutura ferrítica de grão fino, com perlita distribuída e precipitados de microligação. Os elementos de microligação (Nb, V, Ti) refinam o tamanho do grão e proporcionam endurecimento por precipitação. - Em chapas laminadas a quente e laminadas termomecanicamente (TMCP), uma mistura bainítica/ferrítica pode aparecer dependendo das taxas de resfriamento e do teor de liga.
Tratamento térmico e rotas de processo: - Normalização: pode ser usada para refinar o tamanho do grão e melhorar a uniformidade em seções pesadas, mas nem sempre é realizada para grandes chapas de navios devido ao custo. - Resfriamento e revenimento: não é típico para chapas de navios padrão EH36/FH36—estas são principalmente aços processados termomecanicamente e laminados controlados, não aços de liga resfriados e revenidos. - Processamento de controle termomecânico (TMCP): comum para ambos os graus para alcançar alta resistência e boa tenacidade sem um tratamento térmico adicional. TMCP proporciona propriedades favoráveis através da espessura em chapas devidamente controladas. - Rotas de chapas muito grossas: para seções ultra-grossas, resfriamento controlado e química adaptada (carbono ligeiramente mais baixo, estratégia de microligação) são críticos para evitar bandas de grão grosso e manter a tenacidade através da espessura; designações e entregas de FH36 são comumente otimizadas para essas condições.
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dependem fortemente da espessura da chapa, da rota de laminação e da especificação controladora. A tabela abaixo resume intervalos típicos de alvo e tendências qualitativas em vez de números garantidos únicos—especificações do projeto e relatórios de teste do moinho devem ser a fonte dos valores contratuais.
| Propriedade | EH36 típico (intervalo típico / comportamento) | FH36 típico (intervalo típico / comportamento) |
|---|---|---|
| Resistência ao escoamento (mín) | ≈ 300–380 MPa (projetado como um HSLA de alta resistência; mínimo real depende da especificação e espessura) | ≈ 300–380 MPa (níveis nominais semelhantes; FH36 pode ser garantido em rendimentos semelhantes em seções mais pesadas) |
| Resistência à tração | ≈ 460–620 MPa (depende da espessura e do processamento) | ≈ 460–620 MPa |
| Alongamento (A%) | ≈ 18–26% (reduzido com o aumento da espessura) | ≈ 16–24% (chapas mais grossas podem mostrar alongamento ligeiramente menor) |
| Tenacidade ao impacto (Charpy V-notch) | Especificado para temperaturas mais baixas para graus EH (tenacidade a baixa temperatura melhorada); energias de aceitação típicas dependem da temperatura e espessura | FH36 frequentemente especificado e qualificado para chapas mais grossas onde o impacto através da espessura pode ser menor na mesma temperatura—especificação controla temperatura/energia do teste |
| Dureza | Tipicamente moderada (HB em intervalos típicos de HSLA); não utilizado como critério de aceitação primário | Semelhante, adaptado para evitar dureza excessiva que prejudicaria a soldabilidade |
Interpretação: - Os níveis de resistência são amplamente comparáveis entre os dois graus quando produzidos de acordo com especificações típicas de construção naval. As diferenças significativas geralmente estão na tenacidade garantida em temperaturas especificadas e em como as propriedades são mantidas através de seções muito grossas. - EH36 é frequentemente associado a um desempenho de tenacidade a baixa temperatura aprimorado; FH36 é frequentemente selecionado onde propriedades consistentes (incluindo tenacidade e resistência) devem ser garantidas em chapas muito grossas.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é controlada principalmente pelo teor de carbono, liga combinada (endurecibilidade), níveis de impurezas (P, S) e adições de microligação.
Índices empíricos úteis: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice 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: - Tanto EH36 quanto FH36 visam um teor de carbono relativamente baixo e liga controlada para manter $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ em intervalos que suportam soldagem convencional com controles de pré-aquecimento onde necessário. - A microligação (Nb, V, Ti) aumenta ligeiramente a endurecibilidade e pode elevar o risco de trincas na ZTA (zona afetada pelo calor) se os procedimentos de soldagem não forem controlados, especialmente em seções mais grossas. É por isso que controles de pré-aquecimento, temperatura de interpassagem e estratégias de tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) podem ser especificados para chapas FH36 muito grossas. - Para chapas pesadas/ultra-grossas (frequentemente um motivo para escolher FH36), as especificações do procedimento de soldagem geralmente exigem controle de pré-aquecimento/interpassagem mais rigoroso e consumíveis de soldagem para gerenciar a tenacidade da ZTA e tensões residuais.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto EH36 quanto FH36 são aços carbono/HSLA simples (não inoxidáveis). A proteção contra corrosão é fornecida por revestimentos, proteção catódica ou revestimentos metálicos conforme apropriado.
- Estratégias de proteção típicas:
- Galvanização a quente (para alguns componentes estruturais, embora não comum para chapas de casco submersas).
- Revestimentos orgânicos (sistemas de epóxi/uréia) e sistemas de primer/cobertura usados para cascos de navios e estruturas offshore.
- Proteção catódica (ânodos sacrificiais ou corrente impressa) para estruturas imersas.
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) é relevante apenas para aços inoxidáveis/ferríticos inoxidáveis: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Isso não se aplica a EH36 ou FH36 porque não são ligas inoxidáveis.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Maquinabilidade: EH36 e FH36 não são projetados para alta maquinabilidade; a maquinabilidade é típica de aços HSLA—adequada com ferramentas e parâmetros de corte corretos. Resistência ligeiramente maior ou pontos duros em chapas mais grossas podem reduzir a vida útil da ferramenta.
- Formabilidade: A laminação controlada/TMCP melhora a formabilidade para conformação a quente e a frio em comparação com aços resfriados e revenidos. Limites de dobra e conformação diminuem com o aumento da espessura; FH36 fornecido para chapas muito grossas pode exigir forças maiores e raios de dobra especiais.
- Corte e soldagem: Corte a plasma e oxicorte são comuns. A soldagem requer consumíveis apropriados que correspondam aos requisitos de resistência e tenacidade da chapa; controle de pré-aquecimento e temperatura de interpassagem são mais críticos em chapas FH36 grossas.
8. Aplicações Típicas
| EH36 — Usos típicos | FH36 — Usos típicos |
|---|---|
| Chapase de casco e membros estruturais onde é necessária tenacidade a baixa temperatura aprimorada (navios polares ou de água fria, casas de convés) | Chapase de casco muito pesadas, anteparas e membros estruturais primários onde grandes espessuras de chapa são necessárias e garantias através da espessura são críticas |
| Chapase onde a resistência ao impacto a temperaturas mais baixas é uma prioridade | Componentes de plataformas offshore e elementos de fabricação pesada que requerem propriedades consistentes através de seções ultra-grossas |
| Áreas que requerem boa soldabilidade com garantias de tenacidade | Situações onde a rota de fabricação inclui grandes chapas únicas e onde a produção orientada pela especificação para espessura é necessária |
Racional de seleção: - Escolha o grau que corresponda à temperatura mínima de tenacidade exigida pelo projeto, limites de espessura garantidos e capacidades do procedimento de soldagem. Para cascos de serviço a frio, especificações semelhantes a EH36 são atraentes; para chapas muito pesadas com requisitos rigorosos através da espessura, entregas semelhantes a FH36 são frequentemente preferidas.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: Ambos os graus estão na mesma família; as diferenças de preços são tipicamente pequenas e impulsionadas pela espessura da chapa, processamento (TMCP, normalização) e requisitos de certificação/teste. Chapas especialmente laminadas/controladas para seções ultra-grossas (frequentemente entregas FH36) podem ter um prêmio devido a ciclos de produção mais longos, testes mais rigorosos e maior manuseio de sucata.
- Disponibilidade: Graus comuns de construção naval (variantes AH36/DH36/EH36) estão amplamente disponíveis em grandes moinhos em todo o mundo. Chapas do tipo FH36 destinadas a espessuras muito pesadas podem ter disponibilidade mais limitada e prazos de entrega mais longos—particularmente para painéis grandes de peça única ou projetos que requerem garantias específicas de propriedades mecânicas através da espessura.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | EH36 | FH36 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Boa (baixo C, ligas controladas); otimizado para fabricação padrão | Boa, mas seções mais grossas podem exigir controles de pré-aquecimento/PWHT mais rigorosos |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Foco em alta tenacidade, particularmente a temperaturas mais baixas | Alta resistência com ênfase na retenção de propriedades em chapas muito grossas |
| Custo | Preço típico de HSLA; moderado dependendo do processamento | Potencial prêmio para chapas ultra-grossas, especialmente processadas |
Recomendações: - Escolha EH36 se: você precisa de um aço de construção naval de alta resistência que seja otimizado para tenacidade a baixa temperatura e espessuras de chapa padrão a pesada, onde a resistência ao impacto em condições de serviço mais frias é uma prioridade e onde procedimentos de soldagem rotineiros são aceitáveis. - Escolha FH36 se: sua aplicação requer chapas muito pesadas ou ultra-grossas com resistência garantida através da espessura e propriedades mecânicas, e você está preparado para seguir controles de soldagem e fabricação mais rigorosos (e aceitar possíveis prazos de entrega mais longos e custos incrementais).
Notas finais: - Sempre especifique a norma controladora, a faixa de espessura necessária, as temperaturas de teste para tenacidade ao impacto e as qualificações do procedimento de soldagem nos documentos de compra. Certificados de moinho, incluindo análise química e relatórios de teste mecânico retirados da espessura real da chapa, são essenciais para verificar se o material entregue atende à intenção de desempenho do grau escolhido.