L290 vs L360 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

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Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação enfrentam comumente a escolha entre L290 e L360 ao especificar aço estrutural para estruturas, pontes, estruturas offshore e fabricação pesada. A decisão geralmente equilibra maior resistência versus conformabilidade e soldabilidade: ligas de maior resistência podem reduzir o tamanho e o peso da seção, mas podem impor controles de fabricação mais rigorosos e custos mais altos.

A distinção fundamental entre L290 e L360 é um aumento na resistência mínima garantida: L360 fornece uma classe de resistência ao escoamento mais alta do que L290. Como esse aumento de resistência é geralmente alcançado por meio do design de ligas e processamento termomecânico, as duas classes são comparadas rotineiramente para compensações em tenacidade, soldabilidade, fabricação e custo.

1. Normas e Designações

  • Normas e sistemas comuns referenciados por engenheiros:
  • EN / ISO (normas europeias / internacionais de aço estrutural)
  • ASTM / ASME (especificações de materiais dos EUA; nomenclatura diferente)
  • JIS (normas industriais japonesas)
  • GB (normas nacionais chinesas)
  • Especificações nacionais de construção naval ou de tubulações que usam prefixos "L" para classes de escoamento linear

  • Classificação:

  • L290 e L360 são aços estruturais de baixo teor de liga / alta resistência de baixo teor de liga (HSLA) em vez de aços inoxidáveis, de ferramenta ou de alta liga.
  • Normalmente, são especificados pela resistência mínima ao escoamento (MPa) e pela forma do produto (placa, chapa, seção ou seção oca).
  • Nota: os rótulos "L" denotam níveis mínimos de escoamento em alguns sistemas nacionais/especificações, em vez de uma única especificação química unificada; os limites exatos de composição podem variar de acordo com o fornecedor e a norma.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Abaixo está uma tabela de composição representativa para aços na classe de resistência ao escoamento de 290–360 MPa. Estes são intervalos típicos para aços HSLA/estruturais modernos; os limites exatos são encontrados em normas específicas ou certificados de fábrica.

Elemento Intervalo típico (wt.%, representativo para aços HSLA L290–L360)
C (Carbono) 0,06 – 0,18
Mn (Manganês) 0,3 – 1,5
Si (Silício) 0,02 – 0,6
P (Fósforo) ≤ 0,035 (controlado para baixos ppm)
S (Enxofre) ≤ 0,035 (geralmente ≤ 0,010 em graus de baixo enxofre)
Cr (Cromo) 0 – 0,5
Ni (Níquel) 0 – 0,5
Mo (Molibdênio) 0 – 0,5
V (Vanádio) 0 – 0,12
Nb (Nióbio) 0 – 0,08
Ti (Titânio) 0 – 0,02
B (Boro) 0 – 0,003
N (Nitrogênio) 0,005 – 0,020

Como a liga afeta as propriedades - O carbono e o manganês controlam principalmente a resistência e a temperabilidade; um maior teor de C aumenta a resistência, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade. - Elementos de microliga (V, Nb, Ti) produzem endurecimento por precipitação e refinam o tamanho do grão, permitindo maior escoamento em baixos níveis de carbono e melhorando a tenacidade. - Pequenas adições de Cr, Ni e Mo podem aumentar a temperabilidade e a resistência sem grandes aumentos de carbono; eles também afetam o comportamento de têmpera. - O boro em ppm muito baixos melhora a temperabilidade ao se segregar nas fronteiras de grão de austenita quando controlado com cuidado. - O controle de P, S e N é crucial para a tenacidade e soldabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas - L290: produzido para alcançar um equilíbrio entre ductilidade e resistência. A microestrutura típica como-laminada/normatizada é uma ferrita–pearlita ou ferrita fina com bainita dispersa, dependendo da taxa de resfriamento e do teor de liga. - L360: para alcançar a resistência mínima mais alta, microligação (Nb, V) e laminação controlada ou tratamento termomecânico são comumente usados para produzir ferrita mais fina, bainita ou uma microestrutura mista de ferrita–bainita. Aumentada temperabilidade pode levar a uma maior proporção de microconstituintes bainíticos.

Resposta a rotas de processamento - Normalização: aumenta a tenacidade ao produzir uma estrutura de grão fina e uniforme; ambas as classes se beneficiam, mas L360 geralmente requer controle mais rigoroso das taxas de resfriamento para evitar dureza excessiva. - Resfriamento e têmpera (Q&T): não é típico para formas de produtos estruturais básicos, mas possível se combinações de maior resistência e tenacidade forem necessárias—Q&T produz estruturas temperadas martensíticas e maior resistência ao custo de mais processamento. - Processamento de controle termomecânico (TMCP): amplamente utilizado para L360 para obter maior resistência ao escoamento por meio do refino de grão e endurecimento por precipitação sem grandes aumentos de carbono — melhora a tenacidade e soldabilidade em relação a aços reforçados por carbono.

4. Propriedades Mecânicas

A diferença mecânica essencial e garantida é a resistência mínima ao escoamento. Números absolutos dependem da norma específica, espessura do produto e tratamento térmico.

Propriedade L290 (típico/nominal) L360 (típico/nominal)
Resistência mínima ao escoamento (MPa) ~290 MPa (classe de projeto) ~360 MPa (classe de projeto)
Resistência à tração (MPa) Varia com a espessura/processo; intervalo típico de baixo a médio para aços estruturais Intervalo de tração típico mais alto do que L290 para a mesma forma de produto
Alongamento (%) Geralmente maior que L360 na mesma espessura Tipicamente menor que L290 devido à maior resistência
Tenacidade ao impacto Charpy Boa em temperaturas ambiente e subzero quando especificado/controlado Pode igualar L290 se especificado; requer química e processamento controlados
Dureza (HB) Menor em média Maior em média

Interpretação - L360 é mais forte por design; esse aumento de resistência é frequentemente alcançado com microligação e processamento termomecânico em vez de grandes aumentos de carbono. Portanto, L360 pode fornecer maior resistência com tenacidade razoável, mas a ductilidade e a conformabilidade são geralmente reduzidas em comparação com L290. - Para aplicações onde a capacidade de deformação e a conformação são preocupações primárias, L290 é frequentemente preferido. Para projetos sensíveis ao peso ou maior capacidade de carga, L360 permite seções mais finas ou redução no uso de material.

5. Soldabilidade

Fatores-chave: teor de carbono, equivalente de carbono e microligação.

Fórmula comum de equivalente de carbono (útil para avaliação qualitativa de soldabilidade): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

Um parâmetro mais abrangente: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa - Como os fabricantes geralmente mantêm o carbono baixo em ambas as classes e usam microligação para aumentar a resistência ao escoamento, ambas as classes são geralmente soldáveis com o pré-aquecimento, interpassagem e seleção de material de enchimento adequados. - L360, tendo maior temperabilidade (de Mn, microligação ou pequenas adições de liga), é mais sensível a trincas a frio assistidas por hidrogênio e pode exigir maior pré-aquecimento ou resfriamento controlado para evitar a formação de martensita na zona afetada pelo calor (HAZ). - O uso de consumíveis de baixo hidrogênio, temperaturas de pré-aquecimento/interpassagem apropriadas e tratamento térmico pós-solda (conforme exigido pelo contrato/especificação) aborda o risco de trincas. - Sempre calcule ou estime $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ para a composição específica do certificado da fábrica para determinar os procedimentos de soldagem permitidos.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

  • Essas classes não são aços inoxidáveis; o desempenho contra corrosão depende do ambiente e da proteção da superfície.
  • Estratégias de proteção típicas:
  • Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica.
  • Sistemas de pintura (primers de zinco, epóxis, poliuretanos) para proteção a longo prazo.
  • Revestimentos metalúrgicos (spray térmico) para abrasão e corrosão.
  • PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a aços carbono/HSLA, pois é usado para ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
  • Para L290 e L360, a margem de corrosão ou revestimentos protetores são a abordagem padrão; a seleção depende do ambiente de serviço (marítimo, industrial, exposição química).

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

  • Corte: Corte a plasma, oxicombustível e a laser são rotineiros para ambas as classes, com L360 mais espesso exigindo mais atenção ao endurecimento das bordas ao cortar rapidamente.
  • Maquinabilidade: Composições de baixo carbono e microligadas resultam em maquinabilidade moderada; L360 (maior resistência) geralmente é um pouco mais difícil de maquinar do que L290—o desgaste da ferramenta e as forças de corte aumentam.
  • Conformabilidade e dobra: L290 apresenta melhor capacidade de dobra e conformação a frio na mesma espessura. L360 exige raios de dobra maiores, força de dobra e, às vezes, recozimento intermediário para conformação severa.
  • Acabamento de superfície e preparações para solda são semelhantes; L360 pode precisar de controle mais rigoroso do ajuste para evitar concentrações de tensão localizadas.

8. Aplicações Típicas

L290 — Usos típicos L360 — Usos típicos
Estruturas de aço estrutural geral (cargas leves a moderadas) Membros estruturais mais pesados onde maior capacidade de carga ou redução da espessura da seção é necessária
Membros de construção de edifícios, subestruturas e aço secundário Pontes, guindastes pesados, vigas principais e membros estruturais para plataformas offshore
Equipamentos agrícolas, fabricação geral Placas de casco de navios, seções estruturais de retenção de pressão onde maior relação resistência/peso é necessária
Aplicações onde a conformabilidade e a fabricação de baixo custo são priorizadas Fabricações onde a economia de peso, maior tensão permitida ou capacidade de vão melhorada são críticas

Racional de seleção - Escolha L290 quando a velocidade de fabricação, conformação e sensibilidade ao custo superarem o benefício de seções transversais menores. - Escolha L360 quando a eficiência estrutural, redução de peso ou tensões permitidas mais altas forem priorizadas e a equipe de fabricação puder gerenciar os controles de soldagem e conformação mais rigorosos.

9. Custo e Disponibilidade

  • Custo: L360 é geralmente mais caro do que L290 devido ao controle adicional de liga, processamento termomecânico e controles de qualidade mais rigorosos. A diferença de preço varia com as condições de mercado e a forma do produto.
  • Disponibilidade: Ambas as classes são amplamente produzidas em placas, bobinas e seções, mas o fornecimento local depende das capacidades da fábrica. L290 é frequentemente mais comum em mercados estruturais de commodities; L360 pode estar mais disponível em fábricas que visam construção pesada, pontes e mercados offshore.
  • Os prazos de entrega podem aumentar para L360 em pedidos de grandes quantidades ou placas grossas, particularmente quando controles específicos de tenacidade ou químicos são exigidos.

10. Resumo e Recomendação

Critério L290 L360
Soldabilidade Boa—mais tolerante devido à menor temperabilidade Boa com controles—maior temperabilidade da HAZ requer procedimentos mais rigorosos
Equilíbrio Resistência–Tenacidade Resistência moderada com ductilidade relativamente maior Maior resistência com boa tenacidade se processado corretamente
Custo Menor (classe estrutural geral) Maior (processamento e controles HSLA)

Recomendação - Escolha L290 se: você precisa de um aço estrutural econômico, facilmente formado e soldado para membros de carga moderada onde maximizar a ductilidade e a facilidade de fabricação são prioridades. - Escolha L360 se: você precisa de maior resistência ao escoamento garantida para reduzir o tamanho ou peso da seção, e pode implementar práticas de soldagem e conformação controladas, e possivelmente um custo de material ligeiramente mais alto para ganhar eficiência estrutural.

Nota final: Sempre revise o certificado da fábrica do fornecedor e a norma ou especificação aplicável para os limites químicos precisos, garantias mecânicas, dados dependentes da espessura e recomendações de soldagem. Quando em dúvida, solicite registros específicos de composição e tratamento térmico e realize avaliações de soldabilidade e tenacidade específicas para a aplicação.

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