LR A vs AH36 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras, planejadores de fabricação e arquitetos navais frequentemente consideram LR A e AH36 ao especificar aços estruturais para navios, plataformas offshore e equipamentos marinhos pesados. As trocas típicas nessa escolha incluem custo versus desempenho, soldabilidade versus resistência e produtividade de fabricação versus tenacidade em serviço.

A principal distinção técnica entre essas duas classes reside em suas metas de projeto para resistência ao escoamento: uma é uma classe leve/estrutural mais convencional usada para fabricação geral, enquanto a outra é especificada como um aço de construção naval de alta resistência. Essa diferença influencia decisões sobre espessura de chapa, processos de união e capacidade de serviço em baixa temperatura, razão pela qual LR A e AH36 são comumente comparados em discussões de projeto e compras.

1. Normas e Designações

• LR A
• Origem: sistema de classificação do Lloyd’s Register (comumente referenciado como Classe A dentro de várias sociedades de classificação).
• Contexto padrão típico: regras de sociedades de classificação e especificações de construção naval mais antigas; às vezes referenciadas a normas nacionais para aço estrutural geral.

• Tipo de aço: Aço estrutural de carbono/leve (carbono simples/ligas baixas dependendo da prática do fornecedor).

• AH36

• Origem: sistemas de classificação ASTM/ABS/outros para aços de construção naval (comumente encontrado como Classe A AH36 sob normas como ASTM A131).
• Contexto padrão típico: normas modernas de construção naval e estrutural offshore.
• Tipo de aço: Aço estrutural HSLA (aço de alta resistência e baixa liga) desenvolvido para navios e estruturas offshore.

Classificação: LR A é convencionalmente um aço de carbono/estrutural; AH36 é um aço estrutural HSLA projetado para resistência ao escoamento elevada e tenacidade melhorada.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume a ênfase elemental para cada classe. As composições exatas variam de acordo com o fornecedor e a especificação aplicável; as entradas descrevem a estratégia típica de liga em vez de limites numéricos.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês são os principais contribuintes para a resistência; maior Mn e ligeiramente mais C aumentam a resistência ao escoamento e a resistência à tração, mas tendem a reduzir a soldabilidade e a tenacidade se não forem devidamente controlados. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) em aços do tipo AH36 refinam o tamanho do grão e permitem maior resistência sem excesso de carbono; eles também melhoram a tenacidade e a resistência à fratura frágil. - O controle rigoroso dos elementos de impureza (P, S) é essencial em ambas as classes para manter a tenacidade ao impacto, particularmente para serviço marinho em baixas temperaturas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas e respostas de processamento:

• LR A
• Microestrutura: Predominantemente ferrita com ilhas de perlita sob fabricação padrão a quente. O tamanho do grão tende a ser mais grosso em comparação com aços HSLA microligados, a menos que o controle termomecânico seja aplicado.

• Tratamento térmico: Geralmente fornecido como laminado a quente, não comumente tratado termicamente; a normalização pode refinar os grãos, mas é menos comum para chapas de casco gerais.

• AH36

• Microestrutura: Ferrita-perlita controlada com tamanho de grão mais fino em comparação com LR A; onde a microligação e o TMCP (processamento controlado termomecanicamente) são usados, uma mistura de ferrita granular fina ou bainítica-ferrítica é possível, melhorando a resistência e a tenacidade.
• Resposta ao tratamento térmico/processamento: O AH36 é tipicamente fornecido como chapa processada termomecanicamente ou normalizada para desenvolver as propriedades de escoamento e impacto requeridas. O resfriamento e o revenimento não são uma rota padrão para aços de navios, mas podem ser usados para aplicações especiais para aumentar ainda mais a resistência à custa de custo.

Efeito do processamento: - A normalização refina os grãos e aumenta a tenacidade para ambas as classes. - A laminação termomecânica (TMCP) usada em variantes do AH36 proporciona maior resistência com boa tenacidade através do refino do grão e controle de precipitação, sem grandes aumentos no teor de carbono que prejudicariam a soldabilidade. - O resfriamento e o revenimento resultam em maiores resistências, mas não são típicos para formas de produto padrão LR A ou AH36; são usados principalmente onde resistência muito maior ou resistência ao desgaste é necessária.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo está uma comparação qualitativa das principais propriedades mecânicas tipicamente consideradas no nível de especificação. As propriedades reais devem ser verificadas em relação à especificação aplicável e aos certificados do moinho.

Interpretação: - O AH36 é projetado para fornecer um envelope de escoamento e resistência à tração mais alto do que o LR A, mantendo a ductilidade aceitável e a tenacidade melhorada em baixas temperaturas. Isso é alcançado principalmente por meio do controle de composição e processamento, não por um carbono dramaticamente mais alto. - O LR A continua atraente onde resistência extrema não é necessária e onde a simplicidade de conformação e soldagem são prioridades.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do equivalente de carbono e da microligação. Duas fórmulas ilustrativas comumente usadas são:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (índice de soldabilidade para aços de carbono): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - O LR A, com carbono geralmente mais baixo e microligação mínima, apresenta excelente soldabilidade com baixos requisitos de pré-aquecimento e risco mínimo de trincas induzidas por hidrogênio em condições típicas de fabricação. - O AH36 geralmente tem uma dureza efetiva ligeiramente mais alta devido ao controle de maior Mn e possível microligação. Isso pode aumentar modestamente o equivalente de carbono e pode exigir controle de pré-aquecimento ou temperaturas entre passes e atenção aos consumíveis para gerenciar a tenacidade da ZTA e evitar trincas a frio, particularmente em chapas mais grossas ou quando a restrição na espessura é alta. - Na prática, o AH36 é projetado para ser soldado facilmente usando processos comuns (SMAW, GMAW, SAW) com qualificação de procedimento apropriada; no entanto, procedimentos de soldagem e muitas vezes um WPS formal são mais frequentemente exigidos para AH36 do que para LR A.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto o LR A quanto o AH36 são aços de carbono/baixa liga não inoxidáveis e requerem proteção de superfície para resistência à corrosão em ambientes marinhos.
• Métodos de proteção comuns: revestimentos (epóxi, poliuretano), proteção catódica e galvanização onde apropriado para partes não imersas.
• Índices inoxidáveis como PREN não são aplicáveis a essas classes; para referência quando aços inoxidáveis são considerados: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Orientação de seleção: A química ligeiramente diferente do AH36 não altera materialmente a resistência à corrosão em comparação com o LR A; a seleção deve ser guiada pela exigência mecânica e, em seguida, pelo design apropriado do sistema de proteção de superfície de acordo com o ambiente de serviço.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformação e dobra: A menor resistência ao escoamento e a menor resistência do LR A facilitam a conformação e a dobra a frio sem controle de retorno; o AH36 exigirá forças de conformação mais altas e mais atenção aos raios de dobra para evitar trincas, embora as modernas classes de AH36 com boa ductilidade sejam conformáveis dentro dos limites recomendados.
• Corte e perfuração: Ambas as classes são usinadas de forma semelhante usando ferramentas padrão; o AH36 pode ser marginalmente mais abrasivo se precipitados de microligação estiverem presentes.
• Soldagem e ajuste: O LR A tolera maior variação de folga e velocidades de soldagem mais rápidas; o AH36 se beneficia de ajuste controlado e procedimentos qualificados, particularmente em chapas grossas.
• Acabamento de superfície: Ambas aceitam tratamentos de superfície padrão; o AH36 pode exigir inspeção adicional da superfície se o risco de fadiga ou fratura frágil for uma preocupação.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha LR A para aplicações que enfatizam a relação custo-benefício, facilidade de fabricação e onde resistência estrutural muito alta e tenacidade em baixa temperatura não são necessárias. - Escolha AH36 quando maior resistência ao escoamento, tenacidade melhorada (especialmente em baixa temperatura) e a capacidade de reduzir a espessura/peso da chapa são considerações importantes.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: O LR A é geralmente menos caro por tonelada porque é um aço estrutural mais convencional com menor demanda de processamento. O AH36 geralmente tem um custo adicional devido ao controle químico mais rigoroso, possíveis rotas TMCP e requisitos de teste/certificação.
• Disponibilidade: Ambas as classes estão amplamente disponíveis em usinas de chapas que atendem aos mercados marítimos e estruturais. O AH36 é comumente estocado onde a construção naval ou a fabricação offshore estão concentradas; o LR A continua amplamente disponível para fabricação geral.
• Formas de produto: Ambas são fornecidas como chapa laminada a quente; o AH36 também pode ser oferecido em variantes de chapa controladas termomecanicamente, o que pode afetar o prazo de entrega e o custo.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha LR A se você precisar de um aço estrutural econômico e fácil de fabricar para aplicações não críticas em navios ou em terra onde alta resistência ao escoamento e tenacidade melhorada em baixa temperatura não são necessárias. - Escolha AH36 se o componente ou estrutura exigir maior resistência ao escoamento e à tração, resistência melhorada à fratura frágil em serviço marinho em baixa temperatura, ou se a redução da espessura da chapa (e, portanto, do peso) for um objetivo do projeto e o orçamento permitir um custo mais alto de controle de material e fabricação.

Nota final: Sempre valide a seleção final em relação às regras da sociedade de classificação do projeto, qualificações de procedimento de soldagem, certificados do moinho de material e requisitos específicos de temperatura de serviço e fadiga. Quando em dúvida, solicite relatórios de teste do moinho e consulte especialistas em fabricação e soldagem para definir pré-aquecimento, tratamentos térmicos pós-soldagem (se houver) e etapas de garantia de qualidade apropriadas para a classe escolhida.