Q355GNH vs Q415GNH – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Selecionar entre Q355GNH e Q415GNH é um dilema comum de design e aquisição para engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura que trabalham com aços estruturais de alta resistência. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar maior capacidade de carga e seções mais finas (resistência) contra soldabilidade, tenacidade em baixas temperaturas e custo geral. Os fabricantes também ponderam as compensações entre conformação e usinagem em relação ao desempenho em serviço.

No cerne, essas duas classes ocupam bandas de resistência adjacentes dentro da família de aços microligados de alta resistência e baixo teor de liga (HSLA) usados para chapas e seções estruturais. A principal diferença funcional é um aumento na resistência de escoamento garantida para Q415GNH em comparação com Q355GNH, o que gera diferenças subsequentes nos requisitos de processamento, gerenciamento de tenacidade e justificativa de seleção.

1. Normas e Designações

• Principais famílias de normas onde aços similares aparecem: normas nacionais chinesas GB (graus da série Q), EN (europeias), ASTM/ASME (EUA) e JIS (Japão). Os nomes exatos dos graus e os requisitos variam entre as normas; tabelas de conversão são apenas diretrizes.
• Classificação: Tanto Q355GNH quanto Q415GNH são aços estruturais HSLA não inoxidáveis, de baixo carbono e microligados, projetados para um bom equilíbrio entre resistência e tenacidade. Eles não são aços para ferramentas ou aços inoxidáveis.
• Formas típicas de produtos: chapas, bobinas e estruturas soldadas; os sufixos (como GNH) comumente codificam qualificadores de processo e propriedade (por exemplo, normalizado, laminado termomecanicamente e tenacidade em baixa temperatura aprimorada) em esquemas de nomenclatura de fabricantes ou nacionais. Verifique o texto padrão para o significado exato do sufixo nas especificações de compra.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A estratégia de HSLA microligado para ambas as classes é manter o carbono baixo para preservar a soldabilidade e a tenacidade, enquanto se adicionam pequenas quantidades de elementos de microligação (Nb, V, Ti) mais N controlado para refinar o grão e aumentar a resistência por meio de precipitação e refino de grão, em vez de grandes aumentos de carbono.

Nota: Os limites químicos exatos são especificados nas normas nacionais ou de fábrica relevantes e variam com o sufixo do grau e a forma do produto. A tabela mostra papéis qualitativos em vez de concentrações absolutas.

Como a liga afeta as propriedades: - O baixo carbono mantém a soldabilidade e a ductilidade aceitáveis. - Mn e Si controlado proporcionam endurecimento por solução sólida e comportamento de processamento. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) possibilitam alta resistência de escoamento por meio de refino de grão e endurecimento por precipitação sem grandes aumentos de carbono, preservando a tenacidade. - Pequenos aumentos na intensidade de liga ou processamento para atender aos requisitos do Q415 podem aumentar a endurecibilidade e exigir controle térmico adicional.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas para ambas as classes após o processamento padrão são ferrita de grão fino com quantidades controladas de bainita temperada ou ferrita poligonal e precipitados de microligação, dependendo das rotas termomecânicas.

• Q355GNH: Processado para resultar em uma matriz controlada de ferrita–pearlita ou ferrita–bainita com tamanho de grão fino por meio de normalização ou laminação controlada. Precipitados de microligação (carbonitretos de Nb/Ti/V) impedem o crescimento do grão e contribuem para a resistência de escoamento.
• Q415GNH: Para alcançar o maior escoamento garantido, o processamento frequentemente aumenta a intensidade da laminação termomecânica ou utiliza um endurecimento por precipitação mais forte. Isso pode produzir uma fração maior de estruturas bainíticas ou uma matriz ferrítica mais refinada com precipitados mais densos, aumentando a resistência, mas exigindo controle térmico mais rigoroso.

Resposta ao tratamento térmico: - Normalização/refino: Ambas as classes se beneficiam da normalização ou laminação controlada para refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade. - Resfriamento e têmpera: Não é típico para essas classes estruturais HSLA em fornecimento rotineiro; mudaria a classificação do produto. - Processamento controlado termomecânico (TMCP): Especialmente eficaz para ambas, e frequentemente usado para obter o equilíbrio entre resistência e tenacidade. Para Q415GNH, os parâmetros do TMCP podem ser mais agressivos para elevar o escoamento em direção ao alvo mais alto.

4. Propriedades Mecânicas

Uma das poucas certezas quantitativas é que o número do grau indica a resistência mínima nominal de escoamento em MPa sob a convenção da série Q chinesa.

Interpretação: - Q415GNH fornece uma resistência de escoamento garantida mais alta e, portanto, possibilita estruturas mais finas para a mesma carga, mas pode impor um controle mais rigoroso sobre a tenacidade e os procedimentos de soldagem. - Q355GNH tende a oferecer melhor conformabilidade e frequentemente um alongamento um pouco maior na fratura para rotas de processamento comparáveis.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende do equivalente de carbono e da endurecibilidade. Para avaliação qualitativa, use índices reconhecidos:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

e o 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: - Ambas as classes são projetadas com baixo carbono e microligação HSLA para manter $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ relativamente baixos em comparação com aços de carbono médio temperados, o que apoia boa soldabilidade. - Q415GNH pode ter valores de CE e Pcm marginalmente mais altos que Q355GNH devido ao aumento de Mn ou conteúdo de microligação