PC1570 vs PC1860 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
PC1570 e PC1860 são dois graus comumente encontrados na família de aços de pré-tensionamento de alta resistência usados para tendões, cordas e barras de pré-tensionamento e pós-tensionamento. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam as compensações entre resistência, tenacidade, soldabilidade, desempenho em fadiga e custo ao escolher entre eles — por exemplo, especificando uma resistência nominal mais alta para reduzir o tamanho da seção em comparação com a preferência por um produto de menor resistência, mas mais dúctil, para facilitar o manuseio e reduzir o risco de falha frágil.
A principal distinção técnica entre esses graus é sua intenção de design para diferentes níveis de capacidade de tração: um grau visa uma resistência última especificada mais baixa e geralmente maior ductilidade e tenacidade para uma seção transversal dada, enquanto o outro visa uma resistência última especificada substancialmente mais alta (e correspondente capacidade de pré-tensão), alcançada por meio de ligações e processamento mais fortes. Isso torna os dois graus escolhas complementares dependendo da demanda estrutural, esquema de pré-tensionamento, ambiente de fadiga/desgaste e restrições de fabricação.
1. Normas e Designações
- Normas internacionais e regionais comuns onde os aços de pré-tensionamento e fios/cabos de alta resistência são especificados incluem:
- ASTM/ASME (por exemplo, ASTM A416 para cordas de aço, ASTM A722 para fio de aço de alta resistência)
- EN (por exemplo, EN 10080 para aço para a armadura de concreto — aço de armadura soldável — e outras normas EN para aços de pré-tensionamento)
- JIS (Normas Industriais Japonesas cobrindo aços de pré-tensionamento)
- GB (normas nacionais chinesas para aços e fios de pré-tensionamento)
- Classificação:
- Tanto o PC1570 quanto o PC1860 são aços de pré-tensionamento de alta resistência (aços de carbono/liga especiais adaptados para uso em pré-tensão).
- Não são aços inoxidáveis; eles se enquadram na categoria de aços de carbono de alta resistência ou microaleados para pré-tensionamento (algumas variantes são processadas termomecanicamente ou desenhadas a frio).
2. Composição Química e Estratégia de Ligações
A análise química exata depende do fornecedor e da norma aplicável, mas as filosofias de ligações são consistentes: manter carbono baixo/controlado para preservar ductilidade e soldabilidade enquanto se adicionam níveis controlados de Si e Mn para desoxidação e resistência; adições de microaleação (V, Ti, Nb) ou pequenas quantidades de Cr/Mo são usadas em graus de maior resistência para aumentar a endurecibilidade, resistência ao revenido e resistência sem elevar excessivamente o carbono.
| Elemento | Papel típico / presença no PC1570 | Papel típico / presença no PC1860 |
|---|---|---|
| C (Carbono) | Controlado, relativamente baixo a moderado para manter ductilidade e resistência à fadiga | Controle ligeiramente mais alto ou comparável; controle rigoroso necessário para alcançar maior resistência à tração com tenacidade aceitável |
| Mn (Manganês) | Fortalecimento e desoxidação; níveis moderados | Semelhante ou moderadamente mais alto para melhorar a endurecibilidade |
| Si (Silício) | Desoxidação e contribuição para resistência; mantido controlado | Controlado, às vezes ligeiramente mais alto para resistência |
| P (Fósforo) | Mantido ao mínimo; prejudicial para tenacidade | Mantido mínimo |
| S (Enxofre) | Mantido mínimo; afeta a usinabilidade e inclusões | Mantido mínimo |
| Cr (Cromo) | Geralmente baixo ou ausente; alguns graus podem incluir pequeno Cr para endurecibilidade | Pode estar presente em pequenas quantidades nas variantes de maior resistência |
| Ni (Níquel) | Não típico; usado apenas em químicas especiais | Raro; pequenas adições possíveis em aços especiais |
| Mo (Molibdênio) | Raro, mas pode ser usado em pequenas quantidades para resistência ao revenido | Pode ser usado em quantidades traço para variantes de alta resistência |
| V, Nb, Ti (Elementos de Microaleação) | Frequentemente presentes em quantidades traço para refino de grão e resistência | Mais prováveis ou adições ligeiramente mais altas para garantir maior resistência por meio do endurecimento por precipitação |
| B (Boro) | Se usado, em níveis de ppm para melhorar a endurecibilidade | Pode ser usado em ppm para auxiliar a endurecibilidade em graus de alta resistência |
| N (Nitrogênio) | Controlado em níveis baixos para evitar fragilização | Controlado baixo |
Notas: - Os fornecedores publicarão limites químicos exatos por produto. A tabela acima resume estratégias funcionais em vez de composições fixas. - Graus de resistência nominal mais alta normalmente dependem mais de microaleação controlada e processamento para alcançar resistência sem excesso de carbono.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestruturas típicas dependem da rota de produção:
- Fios de pré-tensionamento desenhados a frio desenvolvem historicamente uma microestrutura perlítica ou temperada fortemente desenhada com espaçamento interlamelar fino que suporta alta resistência à tração e resistência à fadiga.
- Barras processadas termomecanicamente ou produtos temperados e resfriados desenvolvem estruturas bainíticas ou martensíticas temperadas de grão fino com endurecimento por precipitação de elementos de microaleação.
- PC1570 (resistência nominal mais baixa):
- Alcança mais prontamente as propriedades exigidas por meio de desenho a frio controlado e revenido ou por ciclos de resfriamento/revenimento de menor intensidade que retêm constituintes microestruturais relativamente mais dúcteis.
- Exibe um equilíbrio favorável de ferrita/pearlita ou martensita/bainita temperada com boa tenacidade.
- PC1860 (resistência nominal mais alta):
- Requer maior endurecibilidade e/ou deformação mais severa para alcançar o nível de tração mais alto; a microestrutura geralmente mostra bainita mais fina ou martensita temperada e uma maior densidade de discordâncias, além de endurecimento por precipitação.
- Tratamentos térmicos (por exemplo, resfriamento + revenido ou resfriamento controlado) são otimizados para alcançar alta resistência última enquanto preservam a elongação e o desempenho em fadiga exigidos.
- Efeito do processamento:
- A normalização melhora a uniformidade e a tenacidade ao refinar o tamanho do grão.
- O resfriamento e o revenido aumentam a resistência e podem ser ajustados para otimizar a compensação entre resistência e tenacidade.
- O processamento controlado termomecanicamente (TMCP) pode produzir microestruturas de grão fino que melhoram tanto a resistência quanto a tenacidade para variantes de alta resistência.
4. Propriedades Mecânicas
Valores quantitativos diferem por norma e fornecedor; a tabela abaixo destaca o comportamento relativo e o que os engenheiros devem esperar.
| Propriedade | PC1570 | PC1860 |
|---|---|---|
| Resistência à tração (última) | Categoria nominal mais baixa — projetada para alta resistência, mas abaixo da contraparte de grau mais alto | Categoria nominal mais alta — projetada para resistência última e capacidade de pré-tensão significativamente maiores |
| Resistência ao escoamento (ou prova) | Tipicamente mais baixa; fornece mais reserva plástica | Níveis de escoamento/prova mais altos para suportar forças de pré-tensionamento mais altas |
| Elongação (ductilidade) | Geralmente maior ductilidade (maior elongação) para a mesma seção transversal | Elongação reduzida em comparação com o PC1570 no mesmo nível de resistência; ainda controlada para atender aos requisitos de ductilidade |
| Tenacidade ao impacto | Geralmente melhor tenacidade, especialmente em temperaturas mais baixas, se a liga for conservadora | A tenacidade pode ser menor se a resistência for priorizada; a liga e o processamento controlados mitigam a fragilização |
| Dureza | Dureza baixa a moderada | Dureza mais alta refletindo maior resistência à tração |
Interpretação: - O PC1860 alcança tensões de tração e prova mais altas, mas normalmente sacrifica alguma ductilidade e pode ter maior dureza e menor energia de impacto medida, a menos que a liga e o revenido sejam cuidadosamente controlados. - A seleção deve considerar se o design estrutural requer máxima pré-tensão por tendão (favorecendo o PC1860) ou melhor ductilidade/tenacidade e margem de manuseio (favorecendo o PC1570).
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende do equivalente de carbono/endurecibilidade e da presença de elementos de microaleação. Para avaliação, os engenheiros frequentemente usam índices como:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
e
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - PC1570: Devido aos requisitos de endurecibilidade geralmente mais baixos e microaleação conservadora, tende a exibir melhor soldabilidade intrínseca e menor propensão a trincas a frio do que variantes de maior resistência. Pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas ainda são frequentemente necessárias para seções grossas. - PC1860: Maior endurecibilidade (devido à liga ou maior equivalente de carbono) aumenta a vulnerabilidade a microestruturas HAZ duras e frágeis e trincas a frio assistidas por hidrogênio. Os procedimentos de soldagem geralmente requerem controles mais rigorosos de pré-aquecimento/pós-aquecimento e controle de hidrogênio. Para a maioria das aplicações de pré-tensionamento, a soldagem direta de fios ou cordas é limitada e métodos de emenda mecânica ou soldagem/junção aprovados são especificados. - Nota prática: Para tendões, a emenda/soldagem é frequentemente evitada na zona pré-tensionada, a menos que explicitamente qualificada; conectores mecânicos ou terminações soldadas em fábrica são mais comuns.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, PC1570 ou PC1860, são aços inoxidáveis; a resistência