Q345B vs Q345C – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
Q345 é uma série de aço estrutural de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) com designação chinesa comumente utilizada, empregada em todo o mundo em pontes, vasos de pressão, máquinas pesadas e componentes estruturais. Dentro da família Q345, as letras sufixas B, C, D e E denotam variantes que atendem aos mesmos alvos químicos e mecânicos básicos, mas são testadas em temperaturas de impacto progressivamente mais baixas. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente devem escolher entre Q345B e Q345C ao especificar materiais para estruturas que enfrentam diferentes temperaturas ambiente ou de serviço, restrições de fabricação e metas de custo.
A principal diferença técnica entre Q345B e Q345C é a temperatura garantida de tenacidade ao impacto: Q345C é especificado para condições de teste de impacto mais frias do que Q345B, o que afeta a seleção para serviço em baixa temperatura. Como suas composições químicas nominais e resistências ao escoamento são semelhantes, a decisão geralmente depende da tenacidade em baixa temperatura, considerações de soldabilidade e compensações de custo/disponibilidade.
1. Normas e Designações
- Padrão primário: GB/T 1591 — "Aço laminado a quente para estruturas soldadas" (China). A série Q345 é definida neste padrão.
- Outras normas e equivalentes relevantes (contextual):
- ASTM/ASME: sem equivalência direta; aços estruturais comparáveis incluem ASTM A572 Grau 50, S355 (EN), mas os requisitos químicos e de tenacidade diferem.
- EN: família S355 (aços estruturais) — intenção semelhante, matriz de propriedades e classificações de temperatura de impacto diferentes.
- JIS: JIS G3106 (aços estruturais de alta resistência) — abordagem de classificação diferente.
- Classificação do material: série Q345 = HSLA (aço carbono de alta resistência e baixo teor de liga) adequado para aplicações estruturais soldadas, não aço inoxidável ou aço para ferramentas.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: Faixas típicas de elementos para a série Q345 (representativa da família GB/T 1591). Estas são faixas indicativas usadas na prática industrial; sempre verifique o certificado da usina para valores exatos ao especificar material.
| Elemento | Faixa / limite típico (série Q345, representativa) |
|---|---|
| C (carbono) | ≤ 0.20 (baixo carbono para preservar a soldabilidade) |
| Mn (manganês) | 0.50 – 1.60 (resistência e temperabilidade) |
| Si (silício) | 0.10 – 0.50 (desoxidação; resistência) |
| P (fósforo) | ≤ 0.035 (limite de impurezas) |
| S (enxofre) | ≤ 0.035 (limite de impurezas) |
| Cr (cromo) | ≤ ~0.30 (se presente, temperabilidade/corrosão modesta) |
| Ni (níquel) | ≤ ~0.30 (às vezes presente para tenacidade) |
| Mo (molibdênio) | ≤ ~0.08 (se microaleado, pequeno efeito na temperabilidade) |
| V (vanádio) | traço a ≤ ~0.08 (microaleação para refino de grão) |
| Nb (nióbio) | traço a ≤ ~0.05 (microaleação para endurecimento por precipitação) |
| Ti (titânio) | traço (desoxidação, controle de grão) |
| B (boro) | traço (muito baixo, se presente) |
| N (nitrogênio) | controlado, baixo (afeta a tenacidade) |
Explicação: - As classificações Q345 são projetadas como aços HSLA de baixo carbono. O carbono e o manganês fornecem a resistência básica. O silício é utilizado para desoxidação e pequenos ganhos de resistência. - Elementos de microaleação (Nb, V, Ti) são usados em quantidades controladas para refinar a estrutura do grão e proporcionar endurecimento por precipitação, o que ajuda a manter a tenacidade sem aumentar excessivamente os equivalentes de carbono. - As ligas são mantidas simples para preservar a soldabilidade; a microaleação complexa ou pesada que aumenta a temperabilidade é geralmente evitada.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura típica como laminada: ferrita–pearlita com possíveis precipitados de microaleação dispersos (NbC, VC, TiN) responsáveis pelo refino do grão e endurecimento por precipitação.
- Microestrutura Q345B vs Q345C: sob o mesmo cronograma de laminação e resfriamento, a metalografia base é essencialmente a mesma. O requisito de tenacidade em temperaturas mais baixas para Q345C é alcançado através de um controle mais rigoroso da química (especialmente impurezas muito baixas), cronogramas de laminação/resfriamento controlados e, às vezes, aumento do conteúdo de microaleação ou processamento termo-mecânico para refinar o tamanho do grão.
- Resposta ao tratamento térmico:
- Normalização: refina o tamanho do grão e pode melhorar modestamente a tenacidade; útil quando propriedades de espessura melhoradas são necessárias.
- Resfriamento e revenimento: não é típico para Q345; esses aços são produzidos para atender à resistência/tenacidade na condição normalizada/laminada controlada. O resfriamento e revenimento mudariam substancialmente as propriedades e não é uma entrega padrão para as classificações Q345.
- Processamento termo-mecânico (laminação controlada e resfriamento acelerado) é comumente usado por usinas para desenvolver a estrutura ferrítica-pearlítica de grão fino necessária para o desempenho de impacto em baixa temperatura, especialmente para Q345C e variantes de temperatura mais baixa.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: Faixas típicas de propriedades mecânicas para a família Q345. Os valores são representativos; confirme certificados específicos da usina e valores dependentes da espessura.
| Propriedade | Q345 típico (geral) | Q345B | Q345C |
|---|---|---|---|
| Resistência ao escoamento (ReL) | ~345 MPa (base de designação) | ≥ 345 MPa | ≥ 345 MPa |
| Resistência à tração (Rm) | ~470 – 630 MPa (depende da espessura e processamento) | Faixa típica acima | Faixa típica acima |
| Alongamento (A) | ≥ ~20% (varia com a espessura) | Comparável | Comparável |
| Tenacidade ao impacto (Charpy V-notch) | Energia especificada com classe de temperatura | 27 J a −20 °C (requisito típico) | 27 J a −40 °C (requisito típico) |
| Dureza (HB) | Típica 120 – 190 HB (dependente do processo) | Comparável | Comparável |
Interpretação: - Resistência: ambas as classificações são especificadas para a mesma resistência nominal (345 MPa) e faixas de tração semelhantes; nenhuma das classificações é inerentemente mais forte na condição de entrega. - Tenacidade: Q345C garante maior tenacidade ao impacto em temperaturas mais baixas do que Q345B. Isso torna Q345C preferível onde o risco de fratura frágil em temperaturas de serviço abaixo de zero é uma preocupação. - Ductilidade: alongamento e ductilidade são semelhantes entre as duas, assumindo a mesma espessura e processamento.
5. Soldabilidade
- Aços Q345 são projetados para boa soldabilidade: baixo teor de carbono e liga controlada minimizam a suscetibilidade a trincas a frio. No entanto, a soldabilidade deve ser avaliada com base no equivalente de carbono e Pcm para uma avaliação mais exata.
- Fórmulas comuns de equivalente de carbono e parâmetros usados para estimar o comportamento de soldagem: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretação qualitativa:
- Tanto Q345B quanto Q345C geralmente têm baixos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ em relação a aços de maior teor de carbono, indicando requisitos de pré-aquecimento relativamente baixos e boa soldabilidade geral.
- O controle mais rigoroso de impurezas de Q345C e possíveis ajustes de microaleação para tenacidade em baixa temperatura podem aumentar ou diminuir ligeiramente o equivalente de carbono calculado, dependendo da química da usina; portanto, a qualificação do procedimento de soldagem deve ser baseada nos valores reais do certificado do material e na espessura.
- Para seções pesadas, temperaturas de interpassagem baixas e recomendações apropriadas de pré-aquecimento/tratamento térmico pós-soldagem devem seguir os códigos de soldagem e o CE/Pcm calculado.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Q345B e Q345C são aços estruturais não inoxidáveis; a resistência à corrosão inerente é semelhante e modesta. A proteção da superfície é geralmente necessária para aplicações expostas.
- Estratégias de proteção típicas:
- Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica.
- Pintura em loja ou em campo com primers e camadas superiores apropriadas (sistemas epóxi, poliuretano).
- Revestimentos de aço de endurecimento são uma abordagem de design diferente e não intrínsecos ao Q345.
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é aplicável a ligas inoxidáveis, não aos aços Q345. Para referência: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice não é significativo para aços carbono/HSLA porque eles não possuem Cr/Mo/N suficientes para resistir à corrosão localizada intrinsecamente.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade
- Corte: corte a plasma, oxi-combustível e corte a laser são todos comumente usados; os parâmetros de corte dependem da espessura e microestrutura, mas são semelhantes para ambas as classificações.
- Dobra/formação: as classificações Q345 são facilmente formáveis ao usar raios de dobra adequados relacionados à espessura; dobras apertadas em seções mais grossas requerem atenção ao retorno elástico e potencial fratura para serviço ultra-frio (Q345C) onde a tenacidade à fratura se torna crítica.
- Maquinabilidade: maquinabilidade típica de aço carbono; elementos de microaleação podem reduzir ligeiramente a maquinabilidade em relação a aços de baixo carbono simples, mas não dramaticamente. Ferramentas e velocidades de corte devem ser selecionadas para a dureza real.
- Acabamento de superfície e pós-processamento: ambas as classificações respondem bem a operações padrão de preparação e acabamento de superfície (desbaste, jateamento, revestimento).
8. Aplicações Típicas
| Q345B — Usos típicos | Q345C — Usos típicos |
|---|---|
| Seções estruturais gerais: vigas, canais, chapas para edifícios e guindastes onde as condições ambientais são moderadas | Componentes estruturais em climas mais frios ou serviço refrigerado (por exemplo, estruturas offshore árticas, suportes de armazenamento refrigerado) |
| Pontes, engenharia civil geral onde a tenacidade a -20 °C é adequada | Vasos de pressão e estruturas que requerem tenacidade verificada em temperaturas mais baixas (por exemplo, -40 °C) |
| Bases de máquinas e estruturas soldadas onde a soldabilidade e o custo são importantes | Suportes de tubulação petroquímica, infraestrutura de regiões frias onde o risco de fratura frágil em baixa temperatura é maior |
| Fabricação sensível ao custo onde o desempenho padrão do Q345 é suficiente | Aplicações onde as margens de segurança contra fratura frágil em baixa temperatura são priorizadas |
Racional de seleção: - Se a temperatura de serviço, códigos de segurança ou avaliações de risco antecipam exposição abaixo de aproximadamente -20 °C, Q345C (ou classificações de classe mais fria) se torna atraente. Se as temperaturas ambiente/serviço permanecerem acima desse limite, Q345B é frequentemente suficiente e mais econômico.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: Q345C é tipicamente ligeiramente mais caro do que Q345B devido ao controle de processo mais rigoroso, testes e possíveis ajustes na química de processamento para garantir desempenho de impacto em baixa temperatura.
- Disponibilidade: Ambas as classificações estão amplamente disponíveis em regiões com cadeias de suprimento estabelecidas para aços de padrão chinês. A espessura de chapa/rolo, dimensões especiais e certificação (por exemplo, rastreabilidade de calor da usina para serviço em baixa temperatura) afetam os prazos de entrega e o custo.
- Formas de produto: chapas, bobinas laminadas a quente, formas estruturais; a disponibilidade varia de acordo com a usina e o estoque regional.
10. Resumo e Recomendação
Tabela: Comparação rápida
| Atributo | Q345B | Q345C |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Muito boa (baixo C, liga controlada) | Muito boa (semelhante), verifique CE/Pcm do certificado |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Equilíbrio padrão Q345 | Garantia melhorada de tenacidade em baixa temperatura |
| Custo | Mais baixo (típico) | Mais alto (típico, devido a testes/processamento) |
Recomendação: - Escolha Q345B se: sua aplicação operar em ambientes onde a tenacidade ao impacto em torno de -20 °C (ou superior) é adequada, você prioriza a relação custo-benefício e o desempenho estrutural padrão e a soldabilidade são suficientes. - Escolha Q345C se: a estrutura ou componente será exposto a temperaturas ambiente ou de serviço significativamente abaixo de zero (requerendo tenacidade verificada em cerca de -40 °C), ou códigos de projeto e avaliações de risco exigem a classificação de impacto em baixa temperatura.
Nota final: Embora a decisão entre Q345B e Q345C dependa principalmente do desempenho de impacto em baixa temperatura, a especificação responsável requer a revisão do certificado da usina para composição química real, equivalente de carbono (ou $P_{cm}$ calculado), propriedades mecânicas dependentes da espessura e quaisquer melhorias adicionais (processamento termo-mecânico, laminação controlada) que influenciem a tenacidade e a soldabilidade.