Q195 vs Q215 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Q195 e Q215 são dois aços carbono de designação chinesa comuns usados em aplicações de engenharia estrutural geral e leve. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam a escolha entre eles ao equilibrar custo, conformabilidade, soldabilidade e capacidade de carga necessária. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção de material para peças formadas a frio, onde a ductilidade e o acabamento superficial são priorizados, em comparação com elementos estruturais soldados, onde são exigidas maior resistência ao escoamento e propriedades de tração ligeiramente superiores.

A principal distinção prática entre essas classes é que o Q215 é especificado para fornecer uma resistência mínima ao escoamento mais alta do que o Q195, o que é alcançado por meio de um controle químico e processamento ligeiramente diferentes. Essa diferença influencia o desempenho mecânico, os limites de conformação, a sensibilidade à soldabilidade e as aplicações adequadas; portanto, essas duas classes são frequentemente comparadas na fase de especificação e aquisição.

1. Normas e Designações

• Normas nacionais e internacionais comuns onde equivalentes ou classes similares podem ser encontradas:
• GB/T (China): Q195, Q215 (aços carbono estruturais comuns sob GB/T 700 etc.)
• ASTM/ASME: sem equivalentes diretos 1:1; classes comparáveis são aços estruturais de baixo carbono (por exemplo, ASTM A36 para uso estrutural geral, embora as propriedades químicas e mecânicas diferem).
• EN (Europa): aços carbono de baixa resistência comparáveis para uso estrutural (por exemplo, S235 em alguns contextos, mas o mapeamento direto não é exato).
• JIS (Japão): aços estruturais de baixo carbono com funções semelhantes (sem correspondência direta única).
• Classificação: tanto o Q195 quanto o Q215 são aços estruturais de baixo carbono simples (aços carbono não-ligados), não inoxidáveis, ferramentas ou aços de baixa liga de alta resistência (HSLA). Eles são amplamente categorizados como aços estruturais de carbono destinados à conformação, soldagem e fabricação geral.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

As duas classes são ambos aços carbono simples com ligações limitadas. Em vez de citar limites numéricos precisos (que são controlados pela norma emissora e pela forma do produto), a comparação é melhor expressa em termos relativos:

Explicação: - Ambas as classes dependem do carbono e do manganês como os principais contribuintes para a resistência. O carbono ligeiramente mais alto (e às vezes marginalmente mais alto em Mn) no Q215 eleva a resistência ao escoamento e a resistência à tração em comparação com o Q195. - Nenhuma das classes utiliza microligação significativa como estratégia de fortalecimento; se elementos de microligação (V, Nb, Ti) estão presentes, eles estão tipicamente em quantidades de traço e representam variantes de produtos especializadas em vez das classes padrão.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica: Ambos os aços normalmente exibem uma microestrutura de ferrita–pearlita após laminação a quente convencional e resfriamento ao ar. A ferrita fornece ductilidade; a pearlite controla a resistência.
• Q195: Com menor teor de carbono, a microestrutura contém relativamente mais ferrita e menos pearlite, resultando em melhor ductilidade e conformabilidade. O controle do tamanho do grão por meio de laminação e tratamento térmico pode melhorar ainda mais a tenacidade.
• Q215: O carbono ligeiramente mais alto incentiva uma maior fração de pearlite ou estruturas perlíticas mais finas após o resfriamento, contribuindo para uma resistência ao escoamento e à tração elevadas.
• Resposta ao tratamento térmico:
• Recocção: Ambos respondem bem ao recocção total para melhorar a ductilidade e aliviar tensões; o recocção produzirá mais ferrita equiaxial e carbonetos esferoidais onde apropriado.
• Normalização: Melhora ligeiramente a resistência e a tenacidade ao refinar o tamanho do grão; ambas as classes se beneficiam, o Q215 pode mostrar um aumento relativo maior na resistência.
• Resfriamento e têmpera: Estas não são rotas padrão para classes de baixo carbono simples porque a endurecibilidade é limitada; a endurecimento significativo através da espessura requer maior teor de liga. O Q215 endurecerá ligeiramente mais do que o Q195, mas nenhum alcança a endurecibilidade de aços de liga ou HSLA sem adição de liga.
• Processamento termo-mecânico: Laminação controlada e resfriamento acelerado podem refinar a microestrutura; tais rotas são mais tipicamente aplicadas a aços HSLA e de alta resistência, mas podem influenciar modestamente as propriedades dessas classes se aplicadas.

4. Propriedades Mecânicas

Apresentar o comportamento mecânico relativo evita a citação incorreta de valores exatos da norma enquanto torna as diferenças práticas claras.

Explicação: - A numeração das classes corresponde à intenção de design da resistência mínima ao escoamento (por exemplo, Q195 ~195 MPa min de escoamento vs Q215 ~215 MPa min de escoamento). Portanto, o Q215 é o mais forte dos dois por especificação. - O maior teor de carbono e o aumento do conteúdo de pearlite (no Q215) elevam as resistências à tração e ao escoamento, mas podem reduzir ligeiramente o alongamento e a conformabilidade a frio. - A tenacidade ao impacto é fortemente influenciada pelo processamento e pela espessura; ambas as classes podem ser especificadas e processadas para alcançar tenacidade aceitável para uso estrutural geral.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços carbono simples de baixo carbono é geralmente boa, mas depende do equivalente de carbono e do conteúdo de microligação. Fórmulas de avaliação comuns incluem:

• Instituto Internacional de Soldagem equivalente de carbono: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Fórmula preditiva de carbono-manganês 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): - Q195: Menor teor de carbono resulta em valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ — melhor soldabilidade, menos pré-aquecimento necessário, menor risco de trincas a frio assistidas por hidrogênio. - Q215: Carbono e manganês ligeiramente mais altos podem elevar as métricas de equivalente de carbono, tornando a soldagem marginalmente mais sensível. Na prática, as diferenças são pequenas e procedimentos de soldagem normais com consumíveis apropriados, design de juntas e práticas de pré/aquecimento garantem soldas sólidas. - Microligação (se presente) pode aumentar a endurecibilidade e a sensibilidade a trincas; portanto, siga a qualificação do procedimento de soldagem e considere o pré-aquecimento/tratamento térmico pós-soldagem para seções mais espessas ou juntas restritas.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Nenhum dos dois, Q195 ou Q215, é inoxidável; a resistência à corrosão é semelhante e modesta. As estratégias de proteção são típicas para aços carbono:
• Galvanização a quente (revestimento de zinco) para estruturas externas ou expostas.
• Pintura, revestimentos em pó ou revestimentos de conversão para proteção atmosférica.
• Revestimentos especializados (epóxi, poliuretano) para ambientes agressivos.
• PREN (número equivalente de resistência à picada) não é aplicável a aços carbono simples, mas para referência quando classes inoxidáveis estão em escopo: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Use a seleção de proteção contra corrosão de acordo com o ambiente, vida útil do projeto e plano de inspeção/manutenção.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformação e dobra:
• Q195: Melhor para conformação a frio, estampagem profunda e dobra de raio apertado devido à maior ductilidade.
• Q215: Ainda conformável, mas possui limites de conformação um pouco reduzidos; raios de dobra maiores ou folgas de conformação podem ser necessários.
• Corte e usinagem:
• Aços de baixo carbono são geralmente mais fáceis de usinar; o Q195 pode produzir cavacos mais dúcteis e ser menos abrasivo para as ferramentas.
• A resistência/dureza ligeiramente mais alta do Q215 pode reduzir a vida útil da ferramenta e exigir ajustes nas alimentações/velocidades.
• Acabamento: Ambos respondem bem ao acabamento superficial padrão (moagem, jateamento, pintura).

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha Q195 onde a máxima conformabilidade, facilidade de soldagem e menor custo de material são prioridades. - Escolha Q215 onde um aumento moderado na resistência ao escoamento/à tração é necessário sem passar para aços HSLA ou de liga.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: O Q195 é geralmente ligeiramente menos caro que o Q215 por base de kg devido ao menor controle de propriedades mecânicas exigido e demandas de liga e processamento marginalmente mais baixas. A diferença de preço é tipicamente modesta.
• Disponibilidade: Ambas as classes estão comumente disponíveis em chapas, placas, bobinas e perfis estruturais em mercados onde as classes GB/T estão estocadas. Formas de produtos específicas (espessuras, laminados a frio vs laminados a quente) e estoques de fornecedores governam os prazos de entrega.
• Dica de aquisição: Se grandes volumes ou tolerâncias apertadas forem necessários, obtenha múltiplos fornecedores e confirme as certificações de fábrica e relatórios de teste para garantir conformidade com as propriedades de escoamento e tração exigidas.

10. Resumo e Recomendação

Conclusão e orientação: - Escolha Q195 se: - O projeto prioriza conformabilidade, estampagem profunda ou raios de dobra apertados. - A soldabilidade com mínimo pré-aquecimento e máxima ductilidade é importante. - A minimização de custos para cargas estruturais não críticas é necessária. - Escolha Q215 se: - O componente requer uma margem de resistência mínima ao escoamento mais alta sem passar para aços HSLA ou de liga. - Uma resistência à tração ligeiramente mais alta é necessária para estruturas soldadas suportando carga onde reduções de conformabilidade são aceitáveis. - Os projetistas desejam um pequeno aumento de resistência enquanto mantêm práticas convencionais de fabricação de aço carbono.

Nota final: Tanto o Q195 quanto o Q215 são aços estruturais de baixo carbono destinados ao uso geral em engenharia. A diferença prática centra-se em um aumento modesto na resistência (alcançado por meio de controle químico e processamento) no Q215 em comparação com maior ductilidade e conformação mais fácil no Q195. Para aplicações críticas, sempre verifique os certificados de teste da fábrica para composição química e resultados de testes mecânicos e considere o design da junta, a rota de fabricação e os revestimentos protetores ao especificar qualquer uma das classes.