Q345R vs Q390R – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Q345R e Q390R são aços de baixa liga, designados para vasos de pressão, amplamente utilizados na fabricação chinesa e internacional para caldeiras, vasos de pressão e contêineres criogênicos. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente enfrentam uma decisão de seleção entre essas duas classes, equilibrando custo, fabricabilidade, soldabilidade e desempenho mecânico requerido. As trocas típicas incluem escolher material de menor custo e mais dúctil versus uma alternativa de maior resistência que reduz a espessura ou o peso da seção.

A principal distinção técnica entre Q345R e Q390R é seu nível de resistência de projeto: Q390R é especificado para um limite de escoamento mínimo mais alto e, portanto, é utilizado onde uma maior capacidade de carga ou espessura reduzida é necessária. Como ambos são aços de vasos de pressão não inoxidáveis com filosofias de liga semelhantes, eles são frequentemente comparados ao otimizar projetos para resistência, tenacidade e fabricação.

1. Normas e Designações

• GB (China): Q345R e Q390R são designados nas normas GB/T chinesas para aços de vasos de pressão. O sufixo “R” indica adequação para placas de vasos de pressão soldadas.
• EN / ISO: Equivalentes de desempenho aproximados são frequentemente comparados ao EN S355 (para a série Q345) e aços estruturais de maior resistência, mas substituições diretas devem ser verificadas em relação às normas de vasos de pressão.
• ASME / ASTM: Não há uma classificação ASME direta; os usuários normalmente mapeiam para as famílias ASTM A516/A572 por propriedades mecânicas e tensões permitidas.
• JIS: As normas japonesas usam nomenclaturas diferentes; o mapeamento requer verificações propriedade por propriedade.

Classificação: tanto Q345R quanto Q390R são aços de baixa liga de carbono-manganês (tipo HSLA para uso em vasos de pressão), não aços para ferramentas ou aços inoxidáveis. Eles são variantes de vasos de pressão (R) com tenacidade de impacto requerida em temperaturas especificadas.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: presença qualitativa geral de elementos comuns

Elemento	Q345R (típico)*	Q390R (típico)*	Papel funcional
C	Baixo–médio	Baixo–médio (frequentemente ligeiramente mais baixo)	Controle de resistência; maior C aumenta resistência e dureza, mas reduz soldabilidade e tenacidade.
Mn	Médio	Médio–alto	Desoxidação e endurecimento por solução sólida; ajuda na endurecibilidade.
Si	Traço–moderado	Traço–moderado	Desoxidante; pequeno efeito na resistência.
P	Traço (controlado baixo)	Traço (controlado baixo)	Impureza—mantida baixa para manter a tenacidade.
S	Traço (controlado baixo)	Traço (controlado baixo)	Impureza—controlada para soldabilidade e tenacidade.
Cr	Traço–baixo	Traço–baixo	Pode estar presente em pequenas quantidades para endurecibilidade/tenacidade.
Ni	Traço–baixo	Traço–baixo	Melhora a tenacidade em baixas temperaturas quando presente.
Mo	Traço–baixo	Traço–baixo	Endurecibilidade e resistência ao fluência se adicionado.
V	Traço (microligação possível)	Traço (microligação mais provável)	Microligação para endurecimento por precipitação (refino de grão).
Nb (Nb,V combinados)	Possível traço	Possível traço	Refino de grão e resistência após processamento termo-mecânico.
Ti	Possível traço	Possível traço	Desoxidação e controle do crescimento de grão.
B	Não típico	Não típico	Níveis muito baixos podem ser usados em alguns aços HSLA para aumentar a endurecibilidade (raro).
N	Controlado baixo	Controlado baixo	Pode formar nitretos; controlado para tenacidade.

*“Típico” indica estratégias de liga comuns para esses aços de vasos de pressão; consulte o fabricante/padrão específico para limites de elementos certificados e certificados de lote.

Resumo da estratégia de liga: - Ambas as classes dependem principalmente de carbono e manganês controlados com microligação seletiva (Nb, V, Ti) e elementos em traço para tenacidade e resistência. - Q390R é tipicamente produzido para alcançar uma resistência à prova mais alta; os produtores podem apertar o controle de carbono, aumentar a microligação ou aplicar processamento termo-mecânico para alcançar o nível mais alto sem conteúdo excessivo de carbono que prejudicaria a soldabilidade ou tenacidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - A condição entregue para ambas as classes é geralmente chapa normalizada ou laminada controlada com uma microestrutura de ferrita–pearlita ou bainítica-ferrítica de grão fino, dependendo das taxas de resfriamento e microligação. - Q345R, projetado para um nível de resistência mais baixo, frequentemente exibe mais ferrita e perlita equiaxiais com regiões de ferrita maiores, o que contribui para a ductilidade. - Q390R visa uma microestrutura de grão mais fino com contribuições de matriz mais fortes (mais bainita temperada ou ferrita refinada) alcançadas por cronogramas de laminação mais rigorosos ou precipitação de microligação, proporcionando maior resistência ao escoamento.

Resposta ao tratamento térmico: - Normalização: Ambas as classes respondem à normalização refinando o tamanho do grão e melhorando a uniformidade; a normalização é frequentemente especificada para placas de vasos de pressão para garantir tenacidade. - Resfriamento e tempera: Não é típico como uma entrega padrão para essas placas de vasos de pressão "como laminadas", mas possível para variantes de maior resistência sob medida; Q390R pode ser projetado para se beneficiar mais de rotas de resfriamento e tempera se um fabricante exigir maior resistência com tenacidade retida. - Processamento termo-mecânico controlado (TMCP): Amplamente utilizado para produzir Q390R para alcançar maior resistência enquanto mantém tenacidade e soldabilidade aceitáveis—elementos de microligação precipitam e refinam o tamanho do grão de austenita durante a laminação.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: atributos mecânicos comparativos (qualitativos com mínimo especificado indicado onde inerente)

Propriedade	Q345R	Q390R	Comentário
Limite de escoamento mínimo especificado	~345 MPa (por designação)	~390 MPa (por designação)	Distinção central—Q390R tem limite de escoamento estatutário mais alto.
Resistência à tração	Moderada	Mais alta	Q390R geralmente alcança maior resistência à tração última.
Alongamento (ductilidade)	Maior ductilidade	Ductilidade ligeiramente mais baixa	Aços de maior resistência geralmente mostram alongamento uniforme reduzido.
Tenacidade ao impacto	Boa (especificada na temperatura de projeto)	Boa, mas pode exigir controle mais rigoroso	Ambos classificados para impacto, mas Q390R requer controle de processo para reter tenacidade em maior resistência.
Dureza	Moderada	Mais alta	Maior resistência correlaciona-se com aumento de dureza.

Explicação: - Q390R oferece uma maior relação resistência-peso e permite seções mais finas para a mesma carga. A troca é que alcançar maior resistência pode reduzir a ductilidade e torna o controle da microestrutura mais crítico para preservar a tenacidade em baixas temperaturas. - Para muitas aplicações de vasos de pressão onde a tenacidade é especificada em temperaturas particulares, ambas as classes são projetadas para atender aos requisitos de energia de impacto; os fornecedores verificam por meio de testes de impacto Charpy em temperatura especificada.

5. Soldabilidade

Fatores determinantes da soldabilidade: - O teor de carbono e a endurecibilidade combinada determinam a suscetibilidade a trincas a frio e a necessidade de pré-aquecimento/pós-aquecimento. - A microligação (Nb, V) pode aumentar a endurecibilidade localmente na zona afetada pelo calor (HAZ) da solda.

Índices úteis (uso qualitativo; não substituem a qualificação de procedimento): - Equivalente de carbono, forma IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação: - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ implicam soldabilidade mais fácil com consumíveis padrão e menor pré-aquecimento; à medida que o carbono e certos elementos de liga aumentam, também aumenta a necessidade de pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e tratamento térmico pós-solda. - Q345R, com sua resistência de projeto mais baixa e frequentemente intervalos de carbono permitidos ligeiramente mais altos, geralmente mostra melhor soldabilidade inerente do que Q390R quando todos os outros fatores são iguais. No entanto, o Q390R moderno produzido com baixo carbono e TMCP pode ter valores aceitáveis de $CE_{IIW}/P_{cm}$ comparáveis ao Q345R. - A qualificação do procedimento de soldagem (WPS/PQR) e o controle de hidrogênio são essenciais para ambas as classes, especialmente para seções grossas e serviço em baixa temperatura.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, Q345R ou Q390R, é inoxidável ou resistente à corrosão por composição. A proteção contra corrosão é alcançada por:
• Revestimentos: tintas à base de solvente ou à base de água, primers epóxi e vernizes de poliuretano.
• Proteção metálica: galvanização a quente ou metalização (zinco/alumínio) para serviço atmosférico.
• Reservas de corrosão: especificando chapa mais espessa para levar em conta taxas de corrosão previsíveis.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a esses aços não inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Use PREN apenas para ligas inoxidáveis; para Q345R/Q390R considere proteção catódica, revestimentos de barreira e seleção de material apropriada para ambientes agressivos.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Corte: Ambas as classes são facilmente cortadas a oxigênio, cortadas a plasma e cortadas a laser. A maior resistência do Q390R pode exigir velocidades de corte mais lentas para controlar a qualidade da borda em seções grossas.
• Dobra/formação: Q345R, com menor limite de escoamento, é geralmente mais fácil de dobrar em raios apertados e de formar a frio sem retorno ou trincas. Q390R, sendo mais forte, apresenta maior retorno e uma janela de dobrabilidade reduzida—o design da forma deve ser revisado e as tolerâncias do desenho ajustadas.
• Maquinabilidade: Ambos são usináveis com práticas padrão de aço carbono. A maior resistência e dureza do Q390R podem reduzir ligeiramente a vida útil da ferramenta; selecione materiais e velocidades de ferramentas de corte de acordo.
• Acabamento de superfície: A moagem e a jateamento de areia ocorrem de maneira semelhante; a entrada de calor durante a soldagem ou usinagem pesada pode alterar localmente as propriedades e deve ser considerada nas sequências de fabricação.

8. Aplicações Típicas

Q345R – Usos Típicos	Q390R – Usos Típicos
Caldeiras e vasos de pressão de baixa a moderada pressão onde a otimização de peso não é crítica; seções estruturais e fabricados soldados que requerem boa ductilidade e tenacidade	Vasos de pressão, tanques de armazenamento e estruturas onde a redução da espessura da parede ou economia de peso são priorizadas; vasos de processo de maior resistência e componentes sob cargas estáticas mais altas
Tubulações e componentes com necessidades exigentes de tenacidade a baixa temperatura onde um pouco mais de ductilidade é desejada	Fabricações onde a tensão permitida ou códigos de design permitem benefício de maior limite de escoamento (por exemplo, para reduzir a espessura da chapa)
Tanques e equipamentos fabricados de uso geral onde a facilidade de soldagem e custo são preocupações primárias	Aplicações onde a resistência mecânica é crítica enquanto mantém a integridade soldada—dado controles de processo mais rigorosos

Racional de seleção: - Selecione Q345R quando a facilidade de fabricação, formabilidade e mínimas restrições de soldagem superarem a necessidade de minimizar o peso. - Selecione Q390R quando a otimização estrutural, economia de peso ou pressões de design mais altas exigirem maior resistência ao escoamento—desde que os controles de qualidade garantam tenacidade.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: Q390R geralmente tem um preço premium sobre Q345R devido a controles de processamento mais rigorosos, possível microligação e certificação para maior resistência. O prêmio varia conforme o mercado e o lote.
• Disponibilidade: Ambas as classes são comumente produzidas, mas a disponibilidade depende da espessura da chapa, largura e qualificação de temperatura de impacto requerida. Q345R pode estar mais amplamente disponível em uma gama mais ampla de tamanhos; a disponibilidade do Q390R pode ser mais variável para chapas mais grossas ou lotes certificados para temperaturas muito baixas.
• Compra: Especifique as propriedades mecânicas requeridas, temperatura de impacto e compatibilidade de consumíveis relacionados à soldagem. Solicite certificados de teste de moinho (MTC) e números de lote para garantir rastreabilidade.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Atributo	Q345R	Q390R
Soldabilidade	Boa	Boa–Moderada (necessita controle de processo)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Resistência moderada com boa ductilidade/tenacidade	Maior resistência; tenacidade alcançável com controle mais rigoroso
Custo	Mais baixo	Mais alto

Recomendações: - Escolha Q345R se: - A simplicidade de fabricação, maior ductilidade e menor custo do material forem prioridades. - O design não exigir maior resistência ao escoamento e redução de espessura. - A facilidade de soldagem e formação for mais importante do que minimizar o peso.

• Escolha Q390R se:
• Maior resistência de design ao escoamento for necessária para reduzir a espessura da parede ou peso.
• A economia do projeto favorecer seções mais finas, apesar de um custo unitário de material mais alto.
• O fabricante puder fornecer material certificado atendendo aos requisitos de tenacidade e processamento controlado (TMCP, baixo-C, microligação) para gerenciar soldabilidade e propriedades da HAZ.

Nota final: Sempre verifique os limites químicos e mecânicos exatos do certificado do moinho do fornecedor e qualifique os procedimentos de soldagem para a espessura de chapa específica e temperatura de serviço. Para trabalho em vasos de pressão, cumpra o código ou norma aplicável e documente os regimes de teste de impacto e requisitos de exame não destrutivo ao selecionar entre Q345R e Q390R.