Q235NH vs Q355NH – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Q235NH e Q355NH são dois aços estruturais chineses amplamente especificados, utilizados em vasos de pressão, caldeiras e aplicações estruturais gerais que requerem tratamento térmico normalizado (N) e, às vezes, desempenho de impacto aprimorado (H). Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente enfrentam uma escolha entre essas classes ao equilibrar custo, soldabilidade e a necessidade de maior resistência ou tenacidade melhorada. Os contextos típicos de decisão incluem se priorizar o menor custo do material e a fabricação mais fácil (favorecendo a classe de menor resistência) ou reduzir a espessura e o peso da seção através de um material de maior resistência (favorecendo a classe de maior resistência).

A diferença prática entre os dois é principalmente uma troca de nível de desempenho: Q355NH fornece uma resistência de escoamento garantida mais alta do que Q235NH, com consequências para espessura, peso e requisitos de tenacidade. Como ambos são aços de carbono (não inoxidáveis) com normalização em suas rotas de processamento, eles são frequentemente comparados para aplicações onde resistência, tenacidade ao entalhe e comportamento de fabricação devem ser equilibrados.

1. Normas e Designações

• Normas comuns onde esses aços aparecem:
• GB/T (China): Q235NH e Q355NH são designações nas normas nacionais chinesas para aços estruturais/vasos de pressão.
• EN (Europa): Aproximadamente comparáveis às famílias S235 e S355 (aços estruturais), mas a substituição direta requer revisão de todos os requisitos de propriedades.
• ASTM/ASME: As classes equivalentes ASME/ASTM não são correspondências diretas; os aços para vasos de pressão ASME, como SA-516 Grau 70, são especificações separadas com química e requisitos de tenacidade diferentes.

• JIS: As classes japonesas são diferentes; a substituição precisa de verificação.

• Classificação:

• Ambos Q235NH e Q355NH são aços de carbono/ligas baixas (não inoxidáveis), tipicamente categorizados como aços estruturais ou para vasos de pressão, em vez de aços para ferramentas ou inoxidáveis. Q355NH é geralmente considerado um aço estrutural de maior resistência/tipo HSLA (nível de desempenho mais alto dentro da família estrutural).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - O sufixo “NH” indica condição normalizada e um requisito de tenacidade de impacto ou outra característica de processamento térmico, em vez de grandes adições de liga. A estratégia de liga para ambas as classes enfatiza ajustes de carbono e manganês e limites rigorosos de impurezas (P, S) para garantir tenacidade e soldabilidade. Q355NH alcança maior resistência de escoamento principalmente através da composição e processamento controlado, em vez de pesadas ligações.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês são os principais contribuintes para a resistência: maior C e Mn aumentam a resistência e a endurecibilidade, mas reduzem a soldabilidade e a ductilidade se não forem controlados. - O silício é um desoxidante e tem um efeito de fortalecimento modesto. - Elementos de microaliagem (V, Nb, Ti), quando presentes mesmo em baixos níveis de ppm, aumentam a resistência de escoamento ao refinar o tamanho do grão e precipitar carbonetos/nitretos, melhorando a resistência sem degradar proporcionalmente a tenacidade. - Impurezas (P e S) embrittle e reduzem a tenacidade e, portanto, são rigorosamente limitadas nessas classes de vasos de pressão/estruturais.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Condição normalizada (N): Ambas as classes são comumente normalizadas (aquecidas a austenita, depois resfriadas ao ar) para desenvolver uma microestrutura fina e relativamente uniforme de ferrita–pearlita. - Q235NH: A normalização produz uma estrutura de ferrita–pearlita com conteúdo de perlita relativamente grosso em comparação com aços de maior resistência. A microestrutura suporta boa ductilidade e tenacidade aceitável em temperaturas moderadas. - Q355NH: A normalização, juntamente com uma química ligeiramente diferente e possivelmente laminação/refinamento controlados, resulta em uma ferrita–pearlita de grão mais fino com maior densidade de discordâncias e, às vezes, precipitados de microaliagem. Isso resulta em maior resistência de escoamento e resistência à tração, preservando a tenacidade.

Rotas de tratamento térmico e respostas: - Normalização (padrão para a designação “N”): Melhora a tenacidade por refino de grão e fornece propriedades mecânicas consistentes. Eficaz para ambas as classes, particularmente onde a tenacidade de impacto em baixas temperaturas é importante. - Têmpera e revenimento (Q&T): Não comumente aplicados a essas classes na prática padrão para aços de vasos de pressão; Q&T aumentará substancialmente a resistência, mas também alterará a tenacidade e é uma classe de material diferente. - Processamento termo-mecânico controlado (TMCP): Frequentemente utilizado para aços da classe Q355 para obter maior resistência com boa tenacidade, combinando laminação controlada e resfriamento acelerado; esta é uma rota de produção em vez de um tratamento térmico em loja e ajuda a alcançar as metas de maior resistência necessárias sem excessiva liga.

4. Propriedades Mecânicas

Explicação: - Q355NH é a classe mais forte por design: maior resistência mínima de escoamento e maior resistência à tração típica permitem seções mais finas para a mesma carga estrutural. A troca é uma ductilidade modestamente menor e potencialmente maior sensibilidade a microestruturas duras derivadas da soldagem, a menos que procedimentos de soldagem adequados sejam utilizados. - A tenacidade depende da espessura, do tratamento normalizado e do controle de qualidade. Quando normalizadas e produzidas de acordo com a especificação, ambas as classes podem atender aos requisitos de impacto; Q355NH frequentemente tem controle de processo mais rigoroso para atender a combinações de maior resistência + tenacidade.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade: - O teor de carbono e a endurecibilidade combinada governam os requisitos de pré-aquecimento, temperatura entre passes e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT). - A microaliagem e o teor de manganês afetam a endurecibilidade e o risco de trincas a frio na zona afetada pelo calor.

Índices úteis de equivalente de carbono e liga (interpretativos; aplicáveis à avaliação qualitativa): - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (para suscetibilidade a trincas a frio, interpretar qualitativamente): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - Ambas as classes visam valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ baixos a moderados em comparação com aços temperados, portanto, geralmente são considerados soldáveis com consumíveis e práticas de pré-aquecimento padrão. - Q235NH, com resistência tipicamente mais baixa e um equivalente de carbono um pouco mais baixo, é geralmente mais tolerante na soldagem—menos pré-aquecimento e menor risco de trincas na ZAC. - Q355NH, embora projetado para soldabilidade, pode exigir práticas de soldagem mais conservadoras (entrada de calor controlada, possível pré-aquecimento para seções mais grossas e materiais de enchimento correspondentes) porque sua maior resistência e leve aumento na endurecibilidade podem aumentar a suscetibilidade a microestruturas duras na ZAC se soldadas inadequadamente.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Ambos Q235NH e Q355NH são aços de carbono não inoxidáveis; a resistência à corrosão intrínseca é limitada.
• Métodos típicos de proteção:
• Galvanização a quente (para proteção contra corrosão atmosférica).
• Pinturas, primers e revestimentos (sistemas epóxi, poliuretano) para ambientes agressivos.
• Proteção catódica e revestimento (por exemplo, revestimento inoxidável) para serviços químicos onde a resistência à corrosão é crítica.
• Fórmula PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN é um índice de corrosão de aço inoxidável e não é aplicável a Q235NH/Q355NH porque estes não são ligas inoxidáveis e não dependem de filmes passivos baseados em Cr/Mo/N.
• Esclarecimento: Para aplicações de vasos de pressão ou químicas que requerem resistência à corrosão, considere revestimentos, revestimentos ou a seleção de ligas inoxidáveis ou resistentes à corrosão, em vez de depender de Q235NH/Q355NH.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Corte: Ambas as classes cortam com métodos padrão de oxicombustível, plasma ou laser; Q355NH pode exigir parâmetros ligeiramente ajustados devido à maior resistência e dureza.
• Usinabilidade: Q235NH geralmente é mais fácil de usinar devido à menor resistência e dureza. Q355NH usina de forma aceitável, mas o desgaste da ferramenta pode ser maior; a seleção de ferramentas e alimentações deve levar em conta a maior resistência/dureza.
• Formabilidade/dobrável: Q235NH oferece melhor formabilidade e raios de dobra maiores em uma determinada espessura. Q355NH pode ser formado, mas pode precisar de raios de dobra maiores ou parâmetros de formação controlados para evitar trincas, especialmente se a microaliagem aumentar a resistência.
• Acabamento de superfície: Ambos aceitam pintura, galvanização e revestimento bem após a preparação de superfície apropriada.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha Q235NH quando a sensibilidade ao custo, alta ductilidade e facilidade de fabricação/soldagem forem os principais fatores. - Escolha Q355NH quando a maior resistência de escoamento permitir a redução da espessura da seção, proporcionando economia de peso e material, ou quando o código/projeto exigir um nível de desempenho mais alto.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Q235NH é tipicamente menos caro