SA516 Gr60 vs Q345R – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

SA516 (família ASTM A516/A542) Grau 60 e Q345R chinês são dois aços para vasos de pressão e estruturas comumente especificados que engenheiros e profissionais de compras frequentemente comparam entre si. O dilema da seleção geralmente gira em torno do equilíbrio entre resistência e custo (maior limite de escoamento para estruturas mais leves) contra tenacidade à fratura e conformidade com normas (comportamento do material em ambientes de contenção de pressão, baixa temperatura ou cíclicos). As decisões são comumente impulsionadas pelos níveis de limite de escoamento/resistência à tração exigidos, desempenho de impacto Charpy exigido, restrições de soldagem e disponibilidade regional.

A principal diferença técnica entre os dois é sua intenção de design e nível de resistência nominal: Q345R é especificado como um aço estrutural/para vasos de pressão de baixo teor de liga e maior limite de escoamento (maior limite nominal de escoamento), enquanto o SA516 Gr60 é um grau de aço carbono para vasos de pressão formulado para oferecer um equilíbrio entre resistência e tenacidade a baixa temperatura apropriada para muitas aplicações de caldeiras e pressão. Portanto, eles aparecem juntos em compensações entre resistência por espessura e tenacidade/soldabilidade/adequação à especificação.

1. Normas e Designações

• SA516 Grau 60: Regido pela ASTM A516/A516M (comumente referenciado na Seção II da ASME para placas de caldeiras e vasos de pressão). É uma placa de aço carbono produzida para serviço em temperaturas moderadas a altas em vasos de pressão. Classificado como um aço para vasos de pressão de carbono (não inoxidável, não ferramenta).
• Q345R: Definido na norma chinesa GB/T 713 (placas de aço para vasos de pressão e caldeiras) como um aço estrutural/para vasos de pressão de baixo teor de liga. Q345 denota um limite mínimo nominal de escoamento de 345 MPa; o sufixo “R” indica que a placa é destinada ao uso em vasos de pressão. Classificado como um aço para vasos de pressão de baixo teor de liga/HSLA.

Outras normas relacionadas (contextuais, para referência cruzada e equivalentes): - EN: A série EN 10028 cobre aços para vasos de pressão (por exemplo, P265GH, P355GH), que desempenham papéis semelhantes na prática europeia. - JIS: JIS G3115 e normas relacionadas para aços para vasos de pressão. - GB: O GB/T 713 chinês para Q345R é a norma nacional direta.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir mostra intervalos representativos de elementos para cada grau. Estes são limites indicativos, não normativos — sempre consulte a norma controladora ou o certificado do moinho para aquisição ou design.

Elemento (wt%)	SA516 Gr60 (representativo)	Q345R (representativo)
C	~0.20–0.28 (baixo a moderado)	≤ ~0.18–0.22 (baixo controlado)
Mn	~0.60–1.10	~0.80–1.60
Si	~0.10–0.35	~0.15–0.50
P	≤ 0.035 (máx)	≤ 0.035 (máx)
S	≤ 0.035 (máx)	≤ 0.035 (máx)
Cr	traço–pequeno (geralmente ≤0.30)	traço–pequeno (≤0.30)
Ni	traço (geralmente ≤0.30)	traço (geralmente ≤0.30)
Mo	geralmente ≤0.08	geralmente ≤0.08
V, Nb, Ti	geralmente nenhum ou microligação em alguns lotes	pode conter microligação (Nb, V, Ti) em alguns lotes
B, N	níveis em ppm se controlados	níveis em ppm se controlados

Como a liga afeta o desempenho: - Carbono (C) aumenta a resistência e a capacidade de endurecimento, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade se excessivamente ligado. Ambos os graus mantêm C moderado para equilíbrio. - Manganês (Mn) aumenta a capacidade de endurecimento e a resistência; Q345R geralmente tem maior Mn para atingir seu alvo de limite de escoamento mais alto. - Silício (Si) é um desoxidante e pode aumentar ligeiramente a resistência. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) são usados em variantes de Q345R para aumentar o limite de escoamento sem sacrificar a tenacidade por meio do refino de grão e do endurecimento por precipitação. - Cromo, níquel e molibdênio, se presentes em pequenas quantidades, aumentam a capacidade de endurecimento e a resistência a altas temperaturas.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - SA516 Gr60: Geralmente produzido como uma placa normalizada ou laminada a quente resultando em uma matriz de ferrita–pearlita com tamanho de grão controlado. A microestrutura enfatiza boa tenacidade (ferrita refinada e perlita uniformemente distribuída). Normalmente não é fornecido na condição de tempera e revenido. - Q345R: Fabricado com laminação controlada e, em muitos casos, microligação e processamento termomecânico (TMCP) para produzir microestruturas ferríticas ou bainíticas-ferríticas finas, dependendo das taxas de resfriamento. Isso resulta em maior resistência ao escoamento, mantendo boa tenacidade.

Respostas ao tratamento térmico: - Normalização: Ambos os aços respondem à normalização (aquecimento e resfriamento ao ar) com refino de grão e melhoria da tenacidade, mas a rota TMCP do Q345R muitas vezes dispensa a normalização separada. - Tempera e revenido: Não é típico para nenhum dos graus na forma de fornecimento padrão; a tempera e revenido podem aumentar consideravelmente a resistência, mas mudarão a tenacidade e exigirão considerações de tratamento térmico pós-soldagem. O SA516 é geralmente usado na condição laminada a quente ou normalizada para vasos de pressão. - Laminação termomecânica (TMCP): Comum para Q345R (e outros aços HSLA) para alcançar alto limite de escoamento com boa tenacidade; isso proporciona uma microestrutura refinada e maior limite de escoamento para uma determinada espessura.

4. Propriedades Mecânicas

Comportamento mecânico representativo (intervalos indicativos; verifique com os certificados de teste do fornecedor):

Propriedade	SA516 Gr60 (típico)	Q345R (típico)
Resistência à Tração (MPa)	Moderada; intervalo típico ~410–520 MPa	Moderada-alta; intervalo típico ~470–630 MPa
Limite de Escoamento (MPa)	Moderado; geralmente menor que Q345R (depende da espessura)	Maior; alvo nominal ~345 MPa (conforme designação do grau)
Alongamento (A%)	Boa ductilidade; frequentemente ≥20% (dependendo da espessura)	Boa ductilidade; frequentemente ≥17–22% (dependente da espessura)
Tenacidade ao Impacto (Charpy V‑notch)	Projetado para boa energia de impacto em temperaturas especificadas (desempenho em vasos de pressão)	Boa tenacidade, frequentemente garantida em temperaturas CVN especificadas, mas depende do processamento
Dureza (HBW)	Moderada (adequada para conformação/soldagem)	Moderada a ligeiramente superior (dependendo do tratamento térmico e microligação)

Explicação: - Q345R visa um nível de escoamento mais alto (por sua convenção de nomenclatura e intenção de design), o que geralmente permite seções mais leves para a mesma carga, mas um limite de escoamento mais alto pode significar menos margem para designs sensíveis à ductilidade, se não verificado. - O SA516 Gr60 é formulado e frequentemente certificado para serviço em vasos de pressão em temperaturas de impacto especificadas, proporcionando confiança na tenacidade à fratura para placas de espessura fina a moderada usadas em caldeiras e vasos de baixa temperatura. - Os valores reais variam com a espessura da placa, cronograma de laminação e tratamento térmico. Sempre use certificados do moinho e testes de material para o design final.

5. Soldabilidade

Considerações de soldabilidade dependem do teor de carbono, capacidade de endurecimento (Mn, Cr, Mo) e microligação. Dois índices empíricos úteis são o equivalente de carbono IIW e a fórmula Pcm:

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

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - Menores $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ implicam soldabilidade mais fácil com menores requisitos de pré-aquecimento. Tanto o SA516 Gr60 quanto o Q345R são destinados a serem soldáveis usando processos comuns (SMAW, GMAW, SAW), mas os parâmetros diferem. - SA516 Gr60: Carbono moderado e liga controlada tornam-no prontamente soldável para fabricação convencional de vasos; atenção ao pré-aquecimento e PWHT é necessária para seções mais grossas ou serviço a baixa temperatura para evitar trincas por hidrogênio e preservar a tenacidade. - Q345R: Mn ligeiramente mais alto e possível microligação aumentam a capacidade de endurecimento um pouco; pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas podem ser necessárias para seções mais grossas. O Q345R geralmente é soldável, mas deve seguir as recomendações de soldagem e procedimentos de qualificação do GB/T. - Em ambos os casos, use procedimentos de soldagem qualificados (WPS/PQR) e realize testes não destrutivos pós-soldagem e testes de impacto conforme o código de design.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Estes são aços não inoxidáveis; a resistência à corrosão intrínseca é limitada.
• Proteções padrão: revestimentos (epóxi, poliuretano), primers, sistemas de pintura e galvanização a quente (quando apropriado) são comumente usados. A seleção depende do ambiente de serviço (atmosférico, respingos marinhos, exposição química).
• Índices inoxidáveis como PREN não são aplicáveis ao SA516 Gr60 ou Q345R porque são aços carbono/baixo teor de liga sem níveis de cromo inoxidável. Para materiais inoxidáveis, o índice seria:

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

mas isso não é relevante para esses graus.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte: Ambos os graus são usináveis e cortáveis com métodos térmicos (plasma, oxi-combustível) e mecânicos (serragem) padrão. A aderência de escória e as propriedades da HAZ requerem tratamento pós-corte usual.
• Dobragem/Formação: O SA516 Gr60 geralmente tem boa conformabilidade devido à sua estrutura de ferrita–pearlita e é amplamente formado a frio em cascas. O Q345R, como um material de maior limite de escoamento, pode ser menos tolerante para dobras apertadas — o retorno elástico e os raios de dobra exigidos devem ser ajustados para o maior limite de escoamento e comportamento de endurecimento por trabalho.
• Maquinabilidade: Ambos têm maquinabilidade semelhante à de aços carbono típicos; o Q345R pode ser ligeiramente mais abrasivo dependendo da liga. Use ferramentas e alimentações apropriadas; o pré-aquecimento para fabricação pesada, se especificado, deve ser considerado.
• Acabamento de superfície: Soldagem, moagem e limpeza pós-soldagem seguem a prática padrão de fabricação de vasos; a remoção de escória antes do revestimento é essencial.

8. Aplicações Típicas

SA516 Gr60	Q345R
Casco e cabeçotes de vasos de pressão para caldeiras, vasos de pressão de pressão moderada, tanques onde a tenacidade a baixa temperatura é necessária	Placas de vasos de pressão onde maior limite de escoamento e menor peso são desejados; grandes vasos de pressão estruturais soldados na prática regional
Tanques de armazenamento e transporte que requerem conformidade com o código das especificações ASME/ASTM	Caldeiras e vasos conforme a prática GB/T; componentes estruturais onde maior limite de escoamento reduz tamanhos de seção
Serviço a baixa temperatura e cíclico que requer desempenho CVN demonstrado	Aplicações estruturais e de pressão gerais onde os benefícios do TMCP e HSLA são utilizados

Racional de seleção: - Escolha SA516 Gr60 quando o design enfatiza desempenho validado em vasos de pressão, níveis de impacto Charpy especificados e ampla aceitação nas jurisdições ASME/ASTM. - Escolha Q345R quando o projeto for especificado para normas chinesas ou quando os projetistas desejarem maior limite de escoamento por espessura e disponibilidade favorável em regiões onde as normas GB/T dominam.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: O Q345R é frequentemente competitivo em custo ou mais baixo em regiões onde produtos GB/T são produzidos em alto volume; maior limite de escoamento pode reduzir peso e custo total do material. O SA516 Gr60 pode ter um preço premium em regiões onde placas e documentação certificadas pela ASME são exigidas.
• Disponibilidade: O SA516 Gr60 está amplamente disponível em todo o mundo onde a conformidade com o código ASME é exigida; o Q345R está amplamente disponível na China e em cadeias de suprimento orientadas para normas GB/T. A forma do produto (bobinas, placas, cortadas a comprimento) e a disponibilidade de espessura variam de acordo com o moinho e a região.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Atributo	SA516 Gr60	Q345R
Soldabilidade	Boa (projetado para fabricação de vasos)	Boa, mas com potencial de endurecimento ligeiramente maior — siga o WPS
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Otimizado para tenacidade e ductilidade do vaso	Maior limite de escoamento; boa tenacidade quando TMCP/microligado
Custo / Disponibilidade	Comum em mercados ASME; custo moderado	Frequentemente custo mais baixo em mercados GB/T; alta disponibilidade regional

Recomendações: - Escolha SA516 Gr60 se você precisar de placa para vaso de pressão ASME/ASTM com desempenho de impacto Charpy documentado, comportamento comprovado em serviço a baixa temperatura e ampla aceitação de código para caldeiras e vasos. - Escolha Q345R se seu projeto seguir normas GB/T ou se você precisar de maior limite nominal de escoamento (345 MPa) para reduzir a espessura/custo da seção e puder qualificar procedimentos de soldagem e tenacidade para o ambiente de serviço pretendido.

Nota de fechamento: Ambos os materiais são aços maduros e bem compreendidos. A seleção final do material deve ser guiada pelo código de design controlador, propriedades mecânicas e de impacto exigidas na temperatura de operação, restrições de soldagem e fabricação, e considerações da cadeia de suprimento. Sempre verifique os dados químicos e mecânicos do certificado do moinho e, quando necessário, exija testes específicos (tensão, CVN, validação PWHT) para garantir a adequação ao serviço.