Q345R vs SA516 Gr70 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros e equipes de compras comumente enfrentam um compromisso entre custo, soldabilidade e desempenho mecânico ao selecionar aços para vasos de pressão. Q345R e ASTM A516 Grau 70 (SA516 Gr70) são duas classificações frequentemente comparadas para equipamentos de pressão soldados, tanques de armazenamento e vasos de temperatura média. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de um material para desempenho de impacto em baixa temperatura, cumprimento de requisitos de código nacional (ASME vs. normas nacionais) ou otimização de custo e logística da cadeia de suprimentos.

A principal distinção entre os dois é sua proveniência de normas e estratégia de microligação: Q345R é uma classificação chinesa de aço para vasos de pressão com características HSLA e microligação deliberada para aumentar a resistência ao escoamento, enquanto SA516 Gr70 é um aço carbono para vasos de pressão especificado pela ASTM/ASME para boas propriedades de tração e tenacidade previsível em baixa temperatura sob regimes de tratamento térmico/teste definidos. Isso os torna comparáveis para design, mas diferentes em processamento, qualificação de procedimento de soldagem e disponibilidade regional.

1. Normas e Designações

• Q345R
• Padrão principal: GB/T 713 (aços para vasos de pressão) e especificações GB/T relacionadas na China.
• Classificação: Aço carbono-manganês para vasos de pressão com microligação (características HSLA).
• SA516 Grau 70 (A516 Gr70)
• Padrão principal: ASTM A516/A516M — amplamente utilizado em materiais da Seção II, Parte A da ASME para vasos de pressão.
• Classificação: Aço carbono para vasos de pressão (aço carbono-manganês convencional com microligação limitada permitida).
• Normas relacionadas e referências cruzadas frequentemente encontradas: EN (por exemplo, série P355), JIS e outras normas nacionais — mas Q345R e A516 Gr70 continuam sendo comumente comparados porque ambos são especificados para equipamentos de pressão soldados.

Ambos são aços carbono não inoxidáveis destinados a componentes de retenção de pressão soldados; nenhum deles é um material inoxidável de alta liga.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Faixas representativas de composição química (wt%). Estas são faixas típicas usadas na prática; limites exatos devem ser verificados a partir do padrão controlador e certificados de fábrica do material.

Elemento	Q345R (típico, wt%)	SA516 Gr70 (típico, wt%)
C	0.10 – 0.20	≤ 0.27 (típico 0.12 – 0.27)
Mn	0.70 – 1.60	0.70 – 1.20
Si	0.15 – 0.50	0.15 – 0.40
P	≤ 0.025 – 0.030	≤ 0.035
S	≤ 0.020 – 0.030	≤ 0.035
Cr	traço – ≤ 0.30	traço – ≤ 0.30
Ni	traço – ≤ 0.30	traço – ≤ 0.30
Mo	traço – ≤ 0.20	traço – ≤ 0.20
V	traço – até ~0.10 (microligado)	traço (ocasionalmente microligado)
Nb (Cb)	traço – até ~0.05 (microligado)	traço (ocasionalmente presente em pequenas quantidades)
Ti	traço	traço
B	traço	traço
N	traço	traço

Notas: - As formulações de Q345R frequentemente incorporam microligação controlada (Nb, V, Ti) e controle mais rigoroso de P/S para alcançar maior resistência ao escoamento e melhor refinamento de grão sem processamento completo de têmpera e revenido. - SA516 Gr70 é tipicamente especificado como um aço carbono-manganês para vasos de pressão com composições otimizadas para tenacidade e soldabilidade; algumas usinas fornecem variantes microligadas, mas a classificação é definida por critérios de aceitação mecânica e de impacto, em vez de um pacote fixo de microligação.

Como a liga afeta o comportamento: - O carbono e o manganês controlam principalmente a resistência e a capacidade de endurecimento. Um maior teor de C aumenta a resistência, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) melhoram a resistência ao escoamento através do endurecimento por precipitação e refinamento de grão, aumentando a tenacidade em um determinado nível de resistência sem grandes aumentos no carbono. - Baixos níveis de Cr, Ni e Mo (se presentes) aumentam a capacidade de endurecimento e podem afetar a tenacidade; estes são geralmente baixos ou ausentes em ambas as classificações.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Q345R: entregue predominantemente como chapa normalizada ou laminada a quente, com uma matriz de ferrita–pearlita refinada por precipitados de microligação (Nb/Ti/V). O refinamento de grão e o endurecimento por dispersão de carbonetos/nitretos de microligação aumentam a resistência ao escoamento enquanto preservam a ductilidade. - SA516 Gr70: tipicamente entregue como aço carbono-manganês normalizado ou laminado a quente com uma matriz de ferrita–pearlita; tratamento térmico direcionado ou laminação controlada proporciona ductilidade e resistência ao impacto conforme aceitação da ASTM.

Resposta ao tratamento térmico: - A normalização (resfriamento ao ar a partir da temperatura crítica) refina o tamanho do grão e melhora a tenacidade para ambas as classificações. - A têmpera e o revenido não são típicos para chapas de vasos de pressão dessas classificações — projetadas para atender às propriedades mecânicas e de impacto na condição laminada a quente ou normalizada. - O processamento termomecânico controlado (TMCP) é comumente aplicado ao Q345R para produzir maior resistência ao escoamento e melhor tenacidade através de laminação controlada e resfriamento acelerado. - Para ambos, o tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) às vezes é exigido por códigos de design, dependendo da espessura, do design da junta e da temperatura de serviço para reduzir tensões residuais e temperar a ZTA.

4. Propriedades Mecânicas

Faixas representativas de propriedades mecânicas. Os valores reais dependem da espessura, do tratamento térmico e dos dados do certificado.

Propriedade	Q345R (representativa)	SA516 Gr70 (representativa)
Resistência à tração (MPa)	~470 – 620	~485 – 620
Resistência ao escoamento (MPa)	~345 (valor de design nominal)	~240 – 300 (mín ~250 típico)
Alongamento (A%)	20 – 25% (dependendo da espessura)	18 – 22%
Tenacidade ao impacto (Charpy V-notch)	Especificado em temperaturas ambiente ou sub-zero dependendo da especificação; geralmente boa com TMCP	Especificado conforme ASTM A516 (frequentemente testado a −29°C/−20°F) com energia mínima definida
Dureza (HBW)	Tipicamente < 200 HBW (depende do produto)	Tipicamente < 200 HBW

Interpretação: - Q345R é projetado para fornecer uma maior resistência nominal ao escoamento (o “345” indica classe de escoamento de 345 MPa) através de mecanismos HSLA, proporcionando maior resistência de design para a mesma seção transversal. - SA516 Gr70 exibe propriedades de tração robustas com comportamento de impacto em baixa temperatura comprovado quando fabricado e testado de acordo com os requisitos da ASTM; sua menor resistência ao escoamento facilita a conformação e ocasionalmente melhora a tenacidade em condições altamente restritas. - Na prática, Q345R oferece maior resistência para designs sensíveis ao peso, enquanto SA516 Gr70 fornece uma combinação bem caracterizada de resistência à tração e tenacidade de impacto verificada para fabricação baseada em ASME.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade dependem do teor de carbono, equivalente de carbono (propensão ao endurecimento) e microligação.

Fórmulas comuns de equivalente de carbono usadas qualitativamente: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (mais conservadora): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Ambas as classificações são consideradas soldáveis com processos comuns (SMAW, GMAW, SAW). SA516 Gr70, com um teto de carbono geralmente mais alto permitido, requer atenção aos efeitos da espessura e requisitos de pré-aquecimento; A516 é amplamente utilizado com procedimentos de soldagem estabelecidos e metais de adição conforme ASME. - A microligação de Q345R e a potencial maior capacidade de endurecimento em seções grossas podem aumentar a suscetibilidade ao endurecimento da ZTA e à fissuração a frio induzida por hidrogênio se não soldadas com pré-aquecimento e temperaturas de interpass apropriadas. Assim, a qualificação do procedimento de soldagem para Q345R frequentemente inclui atenção ao pré-aquecimento, temperaturas de interpass e seleção de consumíveis para corresponder aos requisitos de impacto e tração. - O uso das fórmulas acima ajuda a determinar a necessidade de pré-aquecimento e PWHT: um maior $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ implica que pré-aquecimento mais rigoroso ou taxas de resfriamento mais baixas são aconselháveis.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, Q345R ou SA516 Gr70, é inoxidável; a resistência à corrosão é a de aço carbono e ambos requerem proteção de superfície em ambientes corrosivos.
• Proteções típicas: sistemas de revestimento (epóxi, poliuretano), primers, pintura e galvanização a quente (quando compatível com os requisitos de vasos de pressão). Para serviço enterrado ou em água do mar, a seleção de revestimentos, proteção catódica ou melhorias de liga é comum.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é para ligas inoxidáveis e não se aplica a aços carbono não inoxidáveis, mas para referência: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — PREN não se aplica a Q345R ou SA516 Gr70.

Quando considerar alternativas resistentes à corrosão: - Escolha ligas resistentes à corrosão (inoxidáveis, duplex ou revestimentos resistentes à corrosão) quando as condições de design incluírem meios agressivos, cloretos ou longo serviço sem manutenção. Revestir SA516 ou Q345R com camadas inoxidáveis é às vezes usado para vasos de pressão para combinar resistência e resistência à corrosão.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade: Ambos são aços carbono padrão com maquinabilidade semelhante; uma resistência ligeiramente maior ou microligação em Q345R pode aumentar marginalmente o desgaste das ferramentas.
• Formabilidade/dobramento: A menor resistência de escoamento de SA516 Gr70 geralmente torna a conformação e o dobramento a frio mais fáceis para raios apertados; a maior resistência de Q345R exige raios de dobra maiores ou mais força e controle cuidadoso para evitar retorno elástico.
• Corte e processos térmicos: corte a oxicombustível, plasma e laser são rotineiros para ambos; a microligação em Q345R não afeta materialmente o corte, mas pode exigir mais atenção à entrada de calor durante o corte para evitar fragilização da ZTA em seções pesadas.
• Acabamento: Moagem, polimento e preparação de superfície padrão para revestimentos são comuns para ambas as classificações.

8. Aplicações Típicas

Q345R — Usos Típicos	SA516 Gr70 — Usos Típicos
Vasos de pressão e caldeiras na China/Ásia onde normas GB são utilizadas; partes pesadas de pressão soldadas que requerem maior resistência ao escoamento	Vasos de pressão, caldeiras, tanques de armazenamento e tubulações conforme ASME e outros códigos internacionais; comumente usado na América do Norte e mercados de exportação
Estruturas soldadas de chapa grossa onde maior resistência permite seções mais leves	Tanques e caldeiras fabricados onde tenacidade de impacto em baixa temperatura verificada é necessária
Componentes estruturais em equipamentos que se beneficiam da resistência de microligação HSLA	Componentes gerais de retenção de pressão e adaptações para sistemas de tubo/chapa especificados pela ASME

Racional de seleção: - Escolha Q345R quando maior resistência de design e economia de peso forem os principais motivadores, e a aquisição/fabricação estiver alinhada com normas e fornecedores GB. - Escolha SA516 Gr70 quando a conformidade com ASME/ASTM, procedimentos de soldagem bem documentados e testes de impacto em baixa temperatura documentados forem necessários.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Dependente da região. Q345R é frequentemente competitivo em custo na China e na Ásia devido à produção local e uso comum. SA516 Gr70 está comumente disponível nos EUA, Europa e muitos mercados globais; a competitividade de preços depende da base de usinas local, espessura e tamanho do pedido.
• Disponibilidade: SA516 Gr70 tem ampla disponibilidade em chapas de usina qualificadas pela ASTM; Q345R está amplamente disponível na China e mercados vizinhos e pode ser adquirido internacionalmente de exportadores. Os prazos de entrega e a rastreabilidade do certificado devem ser confirmados para aquisição transfronteiriça.
• Formas de produto: Ambos são fornecidos como chapas, formas cortadas e às vezes como bobinas laminadas; SA516 é mais frequentemente especificado para caldeiras e vasos de pressão ASME, então as redes de fornecedores para chapas certificadas são robustas nessas cadeias de suprimento.

10. Resumo e Recomendação

Métrica	Q345R	SA516 Gr70
Soldabilidade	Boa; pode precisar de pré-aquecimento mais rigoroso para seções grossas devido à microligação/capacidade de endurecimento	Excelente; amplamente utilizado com procedimentos de soldagem ASME estabelecidos
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Maior resistência nominal (efeito HSLA); boa tenacidade com TMCP/normalização	Equilíbrio de tração e tenacidade em baixa temperatura validada conforme testes ASTM
Custo & Disponibilidade	Custo-efetivo em mercados chineses/asiáticos; forte disponibilidade local	Amplamente disponível em cadeias de suprimento ASME/ASTM; boa distribuição global

Recomendação: - Escolha Q345R se você precisar de maior resistência nominal e quiser economia de peso/seção, estiver trabalhando dentro do código GB ou base de fornecedores, e puder controlar a soldagem/pré-aquecimento e testes de aceitação para levar em conta os efeitos da microligação e espessura. - Escolha SA516 Gr70 se você exigir conformidade com ASME/ASTM, desempenho previsível de impacto em baixa temperatura com regimes de teste estabelecidos, e ampla disponibilidade global com consumíveis e procedimentos de soldagem familiares.

Nota final: A seleção de material deve sempre ser validada em relação ao código de design controlador, especificações de procedimento de soldagem do projeto (WPS/PQR), temperaturas de teste de impacto exigidas e certificados de fábrica. Quando em dúvida, revise os limites químicos e mecânicos exatos no certificado da usina e qualifique os procedimentos de soldagem com espessura de chapa representativa e entrada de calor consistente com a classificação selecionada.