S220GD vs S250GD – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

S220GD e S250GD são graus de aço estrutural galvanizado a quente comercialmente comuns usados para seções formadas a frio, envoltórios de edifícios e componentes estruturais gerais. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação costumam escolher entre eles ao equilibrar custo, conformabilidade, soldabilidade e a capacidade mínima de carga exigida.

A distinção prática mais importante entre os dois é a sua resistência mínima garantida: um grau garante um nível de rendimento mais baixo e o outro um mais alto. Como ambos são produzidos para linhas de galvanização contínua e compartilham química e rotas de processamento semelhantes, a seleção geralmente se resume a se a força extra do material de grau superior justifica quaisquer compromissos em conformabilidade, soldabilidade ou custo para uma aplicação específica.

1. Normas e Designações

• EN / Europeu: S220GD, S250GD — designações de produtos comuns para aços galvanizados a quente na EN 10346 (aço revestido a quente de forma contínua).
• ISO: Frequentemente referenciado por meio de normas harmonizadas EN / ISO para aços revestidos.
• Outras normas regionais: Existem aços estruturais equivalentes formados a frio nas famílias de produtos JIS, GB e ASTM, mas a notação "SxxxGD" é de origem europeia e amplamente utilizada por produtores de aço globais que fornecem bobinas e chapas galvanizadas.
• Família de materiais: Tanto S220GD quanto S250GD são aços de baixo carbono, microaleados/aços de baixa liga de alta resistência (HSLA) projetados para conformabilidade e revestimento; não são aços inoxidáveis, de ferramenta ou de alta liga.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Os graus S220GD e S250GD são formulados como aços de baixo carbono com quantidades controladas de manganês, silício e pequenas adições de elementos microaleantes (Nb, Ti, V) quando necessário para alcançar maior resistência por meio de processamento termo-mecânico. As composições exatas são específicas do fornecedor e regidas por normas de produto e rotas de fabricação.

Tabela: Intervalos típicos de composição (wt %). Estes são intervalos indicativos usados na prática; sempre consulte os certificados de moinho do fornecedor para procedimentos de compra e soldagem.

Elemento	S220GD (intervalos típicos, wt %)	S250GD (intervalos típicos, wt %)
C	≤ 0.12 (frequentemente ≤ 0.10)	≤ 0.12 (frequentemente ≤ 0.10)
Mn	0.3 – 1.0	0.3 – 1.2
Si	≤ 0.50 (frequentemente 0.02 – 0.15)	≤ 0.50 (frequentemente 0.02 – 0.15)
P	≤ 0.025	≤ 0.025
S	≤ 0.010	≤ 0.010
Cr	≤ 0.30 (traço)	≤ 0.30 (traço)
Ni	≤ 0.30 (traço)	≤ 0.30 (traço)
Mo	≤ 0.10 (se usado)	≤ 0.10 (se usado)
V	≤ 0.05 (variantes microaleadas)	≤ 0.05 (variantes microaleadas)
Nb	≤ 0.05 (se microaleado)	≤ 0.05 (se microaleado)
Ti	≤ 0.05 (se usado)	≤ 0.05 (se usado)
B	traço	traço
N	≤ 0.012	≤ 0.012

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês são os principais contribuintes para a resistência. O carbono aumenta a resistência à tração/rendimento, mas reduz a soldabilidade e a conformabilidade se elevado. - O silício e o manganês também afetam a desoxidação e o fortalecimento através da solução sólida. - A microaleação com Nb, Ti ou V permite maior resistência ao rendimento através do endurecimento por precipitação e tamanho de grão refinado usando controle termo-mecânico, permitindo maior resistência sem excesso de carbono. - Baixos teores de fósforo/enxofre melhoram a tenacidade e a conformabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura sob produção padrão: - Ambos os graus são tipicamente produzidos por laminação a quente controlada seguida por perfis de resfriamento (TMCP — processamento termo-mecânico controlado) ou laminação a frio convencional e recozimento antes da galvanização. Microestruturas típicas são ferrita com quantidades controladas de bainita ou perlita fina, dependendo do processamento. - S220GD, sendo mais baixo em resistência garantida, é frequentemente produzido com uma microestrutura mais ferrítica e menos precipitados microaleados, favorecendo ductilidade e conformabilidade. - S250GD geralmente contém uma densidade de discordância ligeiramente maior ou precipitados microaleados controlados e tamanho de grão mais fino projetados durante o TMCP para aumentar a resistência ao rendimento sem grandes aumentos de carbono.

Resposta ao tratamento térmico: - Normalização e têmpera & revenimento não são etapas de produção usuais para esses aços revestidos; eles são produzidos para atender à resistência por meio de laminação e TMCP, em vez de tratamento térmico em massa. - Se reaquecido localmente (por exemplo, soldagem), a microestrutura na zona afetada pelo calor dependerá da temperatura máxima e da taxa de resfriamento. O design de baixo carbono limita a endurecibilidade e reduz o risco de formação de martensita quebradiça em comparação com aços estruturais de maior carbono, mas os elementos microaleantes podem aumentar ligeiramente a endurecibilidade.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Comparações típicas de propriedades mecânicas. Os valores são representativos; os valores reais fornecidos devem ser verificados nos certificados de moinho e dependem da espessura e do processamento.

Propriedade	S220GD	S250GD
Resistência mínima ao rendimento (Rp0.2)	220 MPa (garantido)	250 MPa (garantido)
Resistência à tração típica (Rm)	Moderada; depende da espessura/processo; comumente na faixa baixa–média para chapa estrutural	Ligeiramente superior ao S220GD; varia com o processamento
Alongamento (A%)	Geralmente maior ductilidade do que S250GD para a mesma espessura	Alongamento ligeiramente reduzido em comparação com S220GD em espessuras equivalentes
Tenacidade ao impacto	Geralmente adequada para peças estruturais formadas a frio; não especificada universalmente	Comparável, mas a tenacidade específica depende do TMCP e da química
Dureza	Baixa a moderada, adequada para conformação	Ligeiramente mais alta em média devido ao aumento da resistência

Interpretação: - S250GD é mais forte em termos de resistência mínima ao rendimento; isso é deliberado para permitir um design de menor espessura ou maior capacidade de carga. - S220GD geralmente será mais fácil de formar e pode fornecer uma ligeiramente melhor capacidade de alongamento e recuperação de dobra. - As diferenças de tenacidade são sutis e dependem do processo — nenhum dos graus é inerentemente quebradiço; o desempenho de impacto deve ser confirmado quando o desempenho em baixa temperatura é necessário.

5. Soldabilidade

Considerações sobre soldabilidade dependem do equivalente de carbono e do conteúdo de microaleação. Para avaliação qualitativa da soldabilidade, dois índices comumente usados são o equivalente de carbono IIW e o Pcm do Instituto Internacional 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 S220GD quanto S250GD são aços de baixo carbono com CE$_{IIW}$ e Pcm relativamente baixos em comparação com aços de alta resistência tratados por têmpera. Isso os torna geralmente adequados para processos comuns de soldagem por arco (MMA, MIG/MAG, TIG) com práticas padrão de pré-aquecimento. - S250GD, se fortalecido por microaleação ou TMCP em vez de aumento de carbono, geralmente manterá boa soldabilidade; no entanto, o aumento de Mn ou conteúdo de microaleação pode elevar o CE e aumentar localmente a endurecibilidade, o que pode exigir pré-aquecimento controlado ou tratamento térmico pós-soldagem em seções mais espessas ou em condições frias. - Para estruturas soldadas críticas, consulte os valores de CE/Pcm do fornecedor e siga os consumíveis de soldagem recomendados e os procedimentos de pré-aquecimento/pós-aquecimento. Use design de juntas soldadas e consumíveis de baixo hidrogênio para minimizar o risco.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto S220GD quanto S250GD são graus revestidos: o sufixo “GD” denota revestimento galvanizado a quente (zinco) fornecido como um produto revestido contínuo. A camada galvanizada fornece proteção catódica ao aço carbono.
• Estratégias padrão de proteção contra corrosão: escolha a massa de revestimento apropriada (g/m²), considere sistemas de pré-tratamento e pintura para ambientes expostos atmosfericamente ou agressivos, e especifique proteção de borda ou vedação de costura onde necessário.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) se aplica a ligas inoxidáveis e não a aços de baixo carbono revestidos de zinco; para referência:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

Este índice não é aplicável a S220GD/S250GD, pois não são aços inoxidáveis.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformação a frio e dobra: S220GD, com sua menor resistência garantida, geralmente oferece uma conformabilidade ligeiramente melhor e raios de dobra permitidos maiores para uma determinada espessura. Os limites de conformação devem ser determinados por testes em escala real ou fichas técnicas do fornecedor.
• Perfuração e trabalho de prensa: ambos os graus são projetados para operações de conformação comuns na construção e telhados. A vida útil das ferramentas é semelhante; no entanto, a maior resistência do S250GD aumenta as cargas de conformação e pode acelerar o desgaste das ferramentas.
• Maquinabilidade: nenhum dos graus é otimizado para usinagem em alta velocidade; ambos são usinados de forma semelhante a aços estruturais de baixo carbono. A maquinabilidade pode ser melhorada com ferramentas e parâmetros de corte apropriados.
• Acabamento: o revestimento galvanizado afeta a pintura e a colagem adesiva. A preparação da superfície (por exemplo, conversão de cromato ou primers apropriados) é padrão para sistemas de pintura.

8. Aplicações Típicas

S220GD (usos típicos)	S250GD (usos típicos)
Telhados e revestimentos onde alta conformabilidade é necessária	Perfis e seções estruturais onde maior rendimento permite redução de espessura
Revestimentos internos e dutos com conformação extensa	Vigotas de carga formadas a frio, estrutura leve
Peças estampadas/perfuradas não críticas	Aplicações que requerem margem adicional de segurança para capacidade de carga
Aplicações econômicas que priorizam custo e facilidade de fabricação	Situações onde a redução de peso por meio de espessuras mais finas é desejável

Raciocínio da seleção: - Use S220GD onde a eficiência de conformação, dobrabilidade e menor custo são prioridades e as cargas de design exigidas estão dentro da classe de rendimento mais baixa. - Use S250GD quando um rendimento mínimo mais alto permitir material mais fino ou quando os requisitos estruturais exigirem um rendimento garantido mais alto.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: S250GD é tipicamente marginalmente mais caro do que S220GD devido às suas propriedades mecânicas garantidas mais altas e ao potencial de microaleação ou processamento TMCP necessário para alcançá-las. O prêmio de preço varia com as condições de mercado.
• Disponibilidade: Ambos os graus são comumente produzidos por grandes fornecedores de bobinas e estão amplamente disponíveis em formatos comuns de bobinas, chapas e cortadas. Os prazos de entrega são tipicamente curtos para massas de revestimento e larguras padrão, mas mais longos para revestimentos especiais ou tolerâncias mecânicas muito apertadas.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Comparação rápida (qualitativa)

Atributo	S220GD	S250GD
Soldabilidade	Boa — mais fácil devido aos requisitos de resistência mais baixos	Boa — risco de CE ligeiramente mais alto se microaleado
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Boa ductilidade e tenacidade para conformação	Maior resistência ao rendimento; tenacidade semelhante se processada corretamente
Custo	Mais baixo	Mais alto (prêmio moderado)

Recomendação: - Escolha S220GD se: sua aplicação enfatiza conformação, dobra e perfuração com necessidade da chapa galvanizada mais econômica que atenda a requisitos estruturais moderados; quando a ductilidade máxima para perfis complexos é essencial. - Escolha S250GD se: você precisa de uma resistência ao rendimento garantida mais alta para reduzir a espessura da seção, alcançar um fator de segurança mais alto ou atender a requisitos de carga estrutural específicos, mantendo as vantagens de uma superfície galvanizada.

Nota final: Para aquisição e fabricação, sempre verifique os certificados de moinho para composição química, propriedades mecânicas, massa de revestimento e os procedimentos recomendados de conformação e soldagem do fornecedor. Onde a segurança estrutural ou a tenacidade em baixa temperatura é crítica, especifique e teste as propriedades exigidas em vez de confiar apenas no nome do grau.