L360 vs L390 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
L360 e L390 são aços estruturais de alta resistência intimamente relacionados, comumente especificados onde os projetistas equilibram resistência, tenacidade, soldabilidade e custo. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente enfrentam a decisão de usar a classe de resistência ligeiramente inferior e mais indulgente (L360) ou a L390, que é incrementalmente mais forte, ao projetar componentes de suporte de carga, montagens soldadas ou estruturas fabricadas.
A principal diferença técnica é um modesto e deliberado aumento na resistência ao escoamento (e muitas vezes à tração) de L360 para L390, alcançado principalmente por meio de processamento termomecânico e microligação, em vez de mudanças dramáticas na química em massa. Como ambas as classes visam aplicações estruturais, elas são frequentemente comparadas ao otimizar o peso do membro, a espessura da chapa, o comportamento de conformação e os procedimentos de fabricação.
1. Normas e Designações
- Normas comuns onde famílias de classes análogas aparecem: EN (por exemplo, família EN 10025), ISO, ASTM/ASME (designações estruturais), JIS e normas nacionais (GB para a China). As cadeias de designação exatas variam de acordo com o órgão de normas e o fornecedor.
- Classificação: Tanto L360 quanto L390 são aços estruturais de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) (não inoxidáveis, não aços para ferramentas). Eles são destinados a componentes estruturais soldados e moldados.
Nota: Números de norma específicos e composições certificadas pela usina diferem por região; sempre use a classe/norma certificada exata em documentos de compras.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | Faixa típica — L360 (wt%) | Faixa típica — L390 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.06 – 0.18 | 0.06 – 0.18 |
| Mn | 0.40 – 1.50 | 0.50 – 1.50 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.025 (controlado) | ≤ 0.025 (controlado) |
| S | ≤ 0.010 (controlado) | ≤ 0.010 (controlado) |
| Cr | traço – 0.30 | traço – 0.35 |
| Ni | traço – 0.30 | traço – 0.30 |
| Mo | traço – 0.15 | traço – 0.15 |
| V | 0.00 – 0.10 (microliga) | 0.01 – 0.10 (microliga) |
| Nb (Cb) | 0.00 – 0.06 (microliga) | 0.00 – 0.06 (microliga) |
| Ti | 0.00 – 0.02 (desoxidação) | 0.00 – 0.02 (desoxidação) |
| B | traço (ppm) possível | traço (ppm) possível |
| N | ppm controlado | ppm controlado |
Notas: - Essas faixas são representativas de aços estruturais HSLA e ilustram estratégias típicas de liga. Composições exatas são específicas da usina e regidas pela norma ou especificação escolhida; sempre verifique com os certificados da usina. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti e às vezes B) são usados em pequenas quantidades para refinar o tamanho do grão, promover a têmpera por precipitação e aumentar a resistência ao escoamento com um aumento mínimo no teor de carbono — importante para manter a soldabilidade.
Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência, mas degrada a soldabilidade e a tenacidade quando elevado. - O manganês e o silício auxiliam na desoxidação e contribuem para a endurecibilidade. - A microligação (V, Nb, Ti) permite aumentos de resistência por meio de precipitação e refino de grão sem alto teor de carbono — é por isso que L390 pode ser mais forte com apenas pequenas diferenças químicas em relação a L360. - O controle de fósforo e enxofre baixos melhora a tenacidade e reduz os defeitos de solda.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura típica para ambas as classes na condição entregue (laminada termomecanicamente ou normalizada): matriz de ferrita com ilhas finas de bainita ou martensita temperada dispersas e precipitados de microliga. O tamanho do grão é refinado por laminação controlada e resfriamento acelerado.
- L360: Processado para alcançar um equilíbrio de ferrita dúctil e bainita fina; precipitados de microliga (NbC, V(C,N), TiN) fortalecem a matriz.
- L390: Tende a usar controle termomecânico ligeiramente mais agressivo (temperatura de acabamento de laminação mais baixa e resfriamento mais rápido) e endurecimento por precipitação direcionado para aumentar a resistência ao escoamento, mantendo uma microestrutura dúctil semelhante.
Resposta ao tratamento térmico: - Normalização: Restaura a microestrutura uniforme e pode melhorar a tenacidade; ambas as classes respondem de forma previsível. - Resfriamento e tempera: Não é típico ou necessário para fornecimento estrutural rotineiro; quando aplicado, um controle de tempera mais rigoroso é necessário para evitar a super-tempera de precipitados de microliga. - Processamento de controle termomecânico (TMCP): Rota principal da indústria para produzir essas classes — laminação controlada mais resfriamento acelerado fornece a resistência/tenacidade desejada sem tratamento térmico pós-solda na maioria dos casos.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade | L360 Típico (indicativo) | L390 Típico (indicativo) |
|---|---|---|
| Resistência ao Escoamento (Rp0.2) | ≈ 360 MPa (nominal) | ≈ 390 MPa (nominal) |
| Resistência à Tração | ~480 – 620 MPa (depende da espessura/processo) | ~500 – 640 MPa (depende da espessura/processo) |
| Alongamento (A%) | ~18 – 26% | ~16 – 24% |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy V‑notch) | Boa; depende da temperatura do teste e da espessura (geralmente especificada a 0 a −20 °C) | Comparável quando processada para tenacidade; pode exigir especificação mais rigorosa para uso em baixa temperatura |
| Dureza (HB) | Tipicamente na faixa moderada (< 250 HB) | Levemente mais alta em média, mas ainda dentro das faixas de dureza soldável |
Interpretação: - L390 proporciona um aumento modesto, mas útil na resistência ao escoamento em relação a L360; a resistência à tração geralmente aumenta proporcionalmente. - A ductilidade e a tenacidade podem permanecer semelhantes entre as classes se L390 for produzido com o equilíbrio adequado de TMCP e microliga. No entanto, os projetistas devem esperar um alongamento marginalmente reduzido e uma dureza ligeiramente maior para L390, tornando os limites de conformação mais apertados. - Sempre faça referência à condição de fornecimento específica (espessura da chapa, rota de processamento, temperatura de teste) para valores exatos.
5. Soldabilidade
A avaliação da soldabilidade centra-se no equivalente de carbono e nos controles de processamento. A microligação ajuda a manter os equivalentes de carbono baixos para uma resistência alvo.
Índices de soldabilidade comuns: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - O 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: - Tanto L360 quanto L390 são projetados para ter $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ relativamente baixos em comparação com ligas de carbono mais altas. As classes microligadas geralmente mostram boa soldabilidade quando precauções padrão são seguidas. - L390 pode exigir um pouco mais de atenção para seções mais grossas (pré-aquecimento, temperatura de interpassagem controlada) porque a maior endurecibilidade e resistência podem aumentar o risco de suscetibilidade a trincas a frio em seções pesadas ou juntas mal preparadas. - Consumíveis de soldagem: escolha eletrodos/fluxos de baixo hidrogênio e metais de enchimento com tenacidade correspondente; siga as recomendações de pré-aquecimento e interpassagem do fornecedor. - O tratamento térmico pós-solda raramente é necessário para aplicações estruturais comuns, mas pode ser especificado para estruturas críticas de baixa temperatura ou grandes/grossas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Essas classes são aços de carbono/HSLA — não inoxidáveis. A resistência à corrosão é a de aços de carbono comuns.
- Opções de proteção padrão: galvanização a quente, metalização de zinco, sistemas de pintura/revestimento, revestimentos epóxi/orgânicos ou proteção catódica para serviço enterrado ou submerso.
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão) e índices inoxidáveis semelhantes não se aplicam a L360/L390 porque não são ligas inoxidáveis. Para referência, as seleções inoxidáveis usam: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Para ambientes atmosféricos, L390 galvanizado fornecerá proteção semelhante ao L360 galvanizado; a seleção deve ser guiada pelos requisitos mecânicos e metas de vida útil do revestimento.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Corte (chama, plasma, laser): ambas as classes se comportam de maneira semelhante; a resistência ligeiramente maior de L390 pode exigir um pouco mais de potência ou velocidades de corte mais lentas.
- Conformação e dobra: L360 oferece uma conformabilidade a frio ligeiramente melhor devido à menor resistência; L390 pode exigir raios de dobra maiores ou conformação a quente para dobras apertadas, particularmente em seções mais grossas.
- Maquinabilidade: Ambas são típicas de aços HSLA de baixo carbono — boa maquinabilidade, mas não tão fáceis de cortar quanto aços chumbados. A maior resistência de L390 pode reduzir ligeiramente a vida útil da ferramenta ou exigir mais força de corte.
- Acabamento de superfície e moagem: Ambas respondem bem às práticas de acabamento padrão; observe que áreas de dureza mais alta (por exemplo, zonas afetadas pelo calor) podem precisar de acabamento ou parâmetros de moagem específicos.
8. Aplicações Típicas
| L360 — Usos Típicos | L390 — Usos Típicos |
|---|---|
| Estruturas de aço de médio porte (vigas, canais, escoramentos) onde a soldabilidade e a conformabilidade são priorizadas | Chapas e seções estruturais onde a redução modesta de peso ou maior tensão permitida economiza material |
| Fabricação geral e montagens soldadas com cargas moderadas | Fabricações visando menor espessura para resistência equivalente (pontes, estruturas pesadas) |
| Componentes mecânicos que requerem boa tenacidade e ductilidade | Componentes sujeitos a cargas estáticas mais altas ou onde limites de deflexão mais rigorosos se aplicam |
| Estruturas offshore com revestimentos protetores adicionais | Infraestrutura onde a resistência aprimorada permite redução de seção e economia de custos |
Racional de seleção: - Escolha L360 onde a conformação, dobra e facilidade de soldagem são prioridades e pequenos sacrifícios em peso são aceitáveis. - Escolha L390 quando a resistência incremental permitir projetos mais finos ou leves e quando os fabricantes puderem atender a controles de processamento mais rigorosos para manter a tenacidade.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: L390 é tipicamente ligeiramente mais caro que L360 devido ao controle de processo mais rigoroso (TMCP) e, às vezes, maior teor de microliga e perdas de rendimento no processamento. A diferença de custo do material unitário é modesta em comparação com as economias gerais de fabricação devido à redução da espessura.
- Disponibilidade: Ambas estão comumente disponíveis em chapa e bobina de grandes usinas em muitas regiões, mas a disponibilidade depende das gamas de produtos das usinas locais. As variantes L360 são frequentemente mais onipresentes; L390 pode ser uma oferta especial em alguns mercados ou exigir quantidades mínimas de pedido.
- Formas de produto: chapa, bobina, seções laminadas a quente. Os prazos de entrega e os testes da usina (charpy, tração) devem ser especificados nos pedidos de compra.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | L360 | L390 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Muito boa | Boa (exige um pouco mais de controle em seções grossas) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Equilibrado; ligeiramente mais dúctil | Maior resistência ao escoamento/tração para a mesma espessura; tenacidade comparável se processada corretamente |
| Custo (material) | Mais baixo | Ligeiramente mais alto |
Recomendações: - Escolha L360 se: - O projeto prioriza a facilidade de conformação e soldagem, e raios de dobra apertados ou alto alongamento são necessários. - As cadeias de suprimento do projeto favorecem chapa e bobina de baixo custo e prontamente disponíveis. - As economias de peso não são um fator principal.
- Escolha L390 se:
- Um aumento modesto na tensão permitida ou redução da espessura da chapa criará economias de custo ou peso na montagem.
- As oficinas de fabricação puderem manter os controles recomendados de pré-aquecimento/interpassagem para soldagens mais grossas.
- O projeto exigir maior resistência nominal ao escoamento, mantendo soldabilidade e tenacidade aceitáveis.
Nota final: Como ambas as classes fazem parte da família HSLA e diferem principalmente pelo processamento e otimização de microliga, em vez de químicas radicalmente diferentes, a escolha prática muitas vezes depende de cálculos estruturais, restrições de conformação e considerações de fornecimento. Para aplicações críticas (serviço em baixa temperatura, estruturas soldadas pesadas), sempre especifique as temperaturas de Charpy necessárias, os efeitos da espessura e solicite certificados de teste da usina para confirmar a química e os dados mecânicos entregues.