SD390 vs SD490 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Introdução
SD390 e SD490 são duas classes de aço estrutural de alta resistência amplamente utilizadas na construção, barras de reforço e alguns membros estruturais moldados a frio. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação enfrentam rotineiramente um dilema de seleção entre essas classes: equilibrar maior resistência com soldabilidade, ductilidade, custo de fabricação e disponibilidade. Os contextos típicos de decisão incluem se especificar a maior resistência ao escoamento para reduzir tamanhos de seção e peso, ou priorizar melhor soldabilidade e conformabilidade para fabricação complexa.
O principal fator distintivo entre os dois é a resistência mínima ao escoamento alvo: SD390 é especificado em torno de uma classe de escoamento de 390 MPa e SD490 em torno de uma classe de 490 MPa sob a prática de designação de estilo japonês relevante. Como ambos os aços são destinados principalmente como aços estruturais de carbono/HSLA em vez de aços inoxidáveis ou de ferramenta, eles são comumente comparados quando os projetistas devem escolher um nível de resistência sem se mover para categorias de aços ligados ou inoxidáveis.
1. Normas e Designações
- Normas comuns onde as classes da série SD aparecem ou são referenciadas:
- JIS (Normas Industriais Japonesas) – As classes SD são comumente associadas a designações JIS para aços de reforço e estruturais.
- GB/T (normas nacionais chinesas) e outras normas regionais às vezes usam nomenclatura de classe de resistência semelhante para barras de reforço e aços estruturais.
- EN e ASTM não usam o prefixo SD diretamente, mas têm classes de resistência análogas (por exemplo, S355, equivalentes a GRADE 50 de barras de reforço).
- Classificação por metalurgia:
- SD390: Aço estrutural/HSLA de classe de baixo a médio carbono (carbono/HSLA).
- SD490: Aço estrutural/HSLA de classe de baixo a médio carbono (carbono/HSLA de maior resistência).
- Nenhuma das classes é um aço inoxidável, de ferramenta ou de alta liga; eles são tipicamente aços de carbono simples modificados por química controlada e, frequentemente, microligação e processamento termomecânico para alcançar propriedades alvo.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Nota: Limites e composições químicas exatas variam por edição de norma e fornecedor. A tabela abaixo resume as características químicas típicas encontradas em fichas técnicas de fornecedores para aços estruturais da série SD. Sempre confirme a composição com certificados de usina para aplicações críticas.
| Elemento | Conteúdo típico em SD390 | Conteúdo típico em SD490 |
|---|---|---|
| C (carbono) | Baixo carbono, controlado para melhorar a soldabilidade (típico: ≤ ~0,25%) | Baixo carbono, frequentemente controlado de forma semelhante (típico: ≤ ~0,22%) |
| Mn (manganês) | Níveis médios para resistência e temperabilidade (faixa típica) | Médio a ligeiramente mais alto para auxiliar na maior resistência |
| Si (silício) | Pequenas quantidades (desoxidação; ~0,1–0,6%) | Níveis semelhantes ao SD390 |
| P (fósforo) | Mantido baixo para tenacidade (traço; por exemplo, ≤ ~0,04–0,05%) | Mantido baixo |
| S (enxofre) | Mantido baixo para ductilidade/maquinabilidade (traço; por exemplo, ≤ ~0,04–0,05%) | Mantido baixo |
| Cr, Ni, Mo | Geralmente mínimo ou traço; presente apenas se necessário para misturas específicas | Pode ter pequenas adições em alguns moinhos para alcançar maior resistência sem excesso de carbono |
| V, Nb, Ti (microligação) | Frequentemente presentes em traços a baixas quantidades para refinar o grão e melhorar a resistência/tenacidade | Usado frequentemente para aumentar a resistência ao escoamento através do endurecimento por precipitação |
| B, N | Níveis de traço controlados para evitar fragilização; N controlado para tenacidade | As mesmas considerações se aplicam |
Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência e a temperabilidade, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade se elevado excessivamente. - O manganês contribui para a resistência e tenacidade; também aumenta a temperabilidade. - O silício é um desoxidante e contribui para a resistência; excesso de Si pode prejudicar certos revestimentos. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) possibilitam maiores resistências ao escoamento por meio do endurecimento por precipitação e refino de grão com apenas pequenas reduções na soldabilidade em comparação com o aumento do carbono.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestrutura típica: Tanto o SD390 quanto o SD490 são fabricados para produzir ferrita–pearlita ou ferrita de grão fino com perlita dispersa e/ou precipitados de microligação. A laminação termomecânica (laminação controlada) e o resfriamento acelerado produzem estruturas ferríticas/pearlíticas ou semelhantes a bainita dependendo da taxa de resfriamento e química.
- SD390: Com alvos de resistência mais baixos, a microestrutura é comumente ferrita–pearlita com tamanho de grão controlado para boa ductilidade e tenacidade em condições ambiente.
- SD490: Para alcançar valores de escoamento mais altos, os fabricantes frequentemente dependem de uma combinação de Mn ligeiramente mais alto e microligação, além de processamento termomecânico para produzir uma microestrutura mais fina e endurecimento por precipitação; alguns produtos comerciais podem ter bainita transitória ou perlita mais fina.
- Resposta ao tratamento térmico:
- Normalização/refino: Ambas as classes respondem à normalização ou laminação controlada com refino de grão e melhoria da tenacidade.
- Resfriamento e revenimento: Não é tipicamente aplicado a aços deformados fornecidos usados em barras de reforço ou seções estruturais padrão; Q&T pode aumentar a resistência e ajustar a tenacidade, mas altera o custo e a disponibilidade.
- Processamento termomecânico: Rota comum para alcançar resistência de classe SD490 sem aumentar significativamente o carbono, preservando melhor soldabilidade do que abordagens com aumento de carbono.
4. Propriedades Mecânicas
A distinção mecânica definidora é a tensão mínima de escoamento. Outras propriedades mecânicas dependem fortemente do processamento, forma do produto e temperatura de teste. A tabela abaixo fornece valores mínimos típicos ou padronizados onde aplicável e faixas usuais.
| Propriedade | SD390 (típico/mínimo) | SD490 (típico/mínimo) |
|---|---|---|
| Resistência Mínima ao Escoamento (MPa) | ~390 MPa (classe de design) | ~490 MPa (classe de design) |
| Resistência à Tração (MPa) | Faixa típica dependente do processamento (frequentemente ~520–680 MPa) | Faixa típica dependente do processamento (frequentemente ~560–760 MPa) |
| Elongação (Lo = bitola especificada) | Moderada (comumente ≥10–18% dependendo da seção e norma) | Tipicamente menor que SD390 em formas de produto semelhantes (comumente ≥8–16%) |
| Tenacidade ao Impacto | Boa em ambiente quando o grão é refinado; varia com a espessura da seção | Pode ser boa se processada termomecanicamente e microligada; pode exigir controle mais rigoroso para baixas temperaturas |
| Dureza | Moderada (depende da tração) | Maior que SD390 para formas comparáveis |
Qual é mais forte, mais resistente ou mais dúctil: - Resistência: SD490 > SD390 por design (maior escoamento e geralmente maior tração). - Ductilidade/tenacidade: SD390 geralmente oferece maior ductilidade e pode mostrar melhor tenacidade em baixas temperaturas em formas de produto equivalentes, a menos que o SD490 seja especificamente processado para melhorar a tenacidade (por exemplo, uso cuidadoso de TMCP e microligação). - Compensação: Alcançar resistência de classe SD490 sem comprometer a tenacidade geralmente requer microligação e processamento controlado em vez de simplesmente adicionar carbono.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é um fator crítico de seleção. As principais considerações incluem equivalente de carbono e a presença de elementos que aumentam a temperabilidade.
Fórmulas preditivas úteis (interprete qualitativamente; não substitua pela qualificação do procedimento de soldagem): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm para avaliação de soldabilidade: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação: - Valores mais altos de $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ indicam maior risco de zonas afetadas pelo calor da solda duras e frágeis e uma maior necessidade de pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas ou tratamento térmico pós-solda. - O SD490, em virtude de sua maior resistência e frequentemente maior teor de liga ou microligação, tende a ter maior temperabilidade do que o SD390 para níveis de carbono semelhantes. Portanto, produtos SD490 podem exigir procedimentos de soldagem mais cuidadosos (pré-aquecimento, controle de entrada de calor mais baixo, consumíveis qualificados), especialmente em seções mais grossas. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) aumentam o endurecimento por precipitação, mas também podem elevar a temperabilidade; o controle cuidadoso da entrada de calor mitiga a dureza da HAZ.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Tanto o SD390 quanto o SD490 são aços de carbono/HSLA não inoxidáveis e não oferecem resistência à corrosão inerente além do aço carbono simples.
- Métodos comuns de proteção:
- Galvanização a quente para proteção atmosférica de longo prazo.
- Primers e revestimentos ricos em epóxi ou zinco para ambientes agressivos.
- Sistemas de pintura e proteção catódica onde apropriado.
- PREN não é aplicável a esses aços não inoxidáveis. Para referência, o índice PREN para ligas inoxidáveis é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas isso não se aplica aos aços de carbono da série SD.
- Orientação de seleção: Se a resistência à corrosão for um fator primário, considere especificar revestimentos protetores ou mudar para uma liga resistente à corrosão em vez de depender do SD390/SD490.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Conformabilidade/dobra:
- SD390 geralmente oferece melhor capacidade de dobra e conformação para uma dada forma de produto devido à sua menor resistência ao escoamento e maior ductilidade.
- SD490 requer controle mais rigoroso dos raios de dobra, forças de retorno potencialmente mais altas e planejamento de processo mais cuidadoso ao formar a frio.
- Maquinabilidade:
- Ambos são facilmente usináveis com ferramentas apropriadas; SD490 pode ser um pouco mais abrasivo ou mais difícil de usinar em níveis de resistência mais altos.
- Corte e soldagem:
- SD490 pode exigir forças mais altas para cisalhamento e parâmetros de corte/soldagem mais robustos.
- Acabamento de superfície:
- Ambos aceitam operações de acabamento comuns; variantes microligadas de alta resistência podem mostrar respostas de moagem/polimento ligeiramente diferentes.
8. Aplicações Típicas
| SD390 – Usos Típicos | SD490 – Usos Típicos |
|---|---|
| Barras de reforço e malhas para concreto onde a resistência padrão é suficiente | Barras de reforço e componentes estruturais onde maior resistência ao escoamento reduz o tamanho da seção |
| Membros estruturais em edifícios com cargas padrão onde ductilidade e facilidade de soldagem são priorizadas | Pontes, seções estruturais de alta resistência e projetos onde a redução de peso é crítica |
| Seções moldadas a frio e aplicações estruturais gerais onde conformação e dobra são frequentes | Aplicações que requerem maior capacidade de carga por seção transversal, ou onde códigos de design exigem classes de maior resistência |
| Fabricação que enfatiza soldabilidade e baixos requisitos de pré-aquecimento | Fabricação onde o processamento termomecânico avançado proporciona maior resistência e tenacidade aceitável |
Racional de seleção: - Escolha SD390 quando a complexidade da fabricação, alta ductilidade e soldagem mais fácil forem priorizadas e quando a classe de 390 MPa atender aos requisitos estruturais. - Escolha SD490 quando o design exigir maior resistência ao escoamento para reduzir a espessura da seção ou quando as especificações do projeto exigirem a classe mais alta, desde que as equipes de compras e fabricação possam gerenciar as implicações de soldagem/conformação.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: SD490 geralmente tem um custo unitário mais alto do que SD390 devido ao processamento adicional (TMCP, microligação, controles mais rigorosos) e às vezes devido a volumes de produção menores. No entanto, o custo do material por membro pode ser compensado pela redução de peso ou tamanhos menores.
- Disponibilidade: SD390 é geralmente mais amplamente disponível em uma variedade de formas de produto (barras de reforço, barras, certas formas estruturais). A disponibilidade do SD490 depende da demanda do mercado regional e das capacidades do moinho; é comumente disponível para barras de reforço e certos produtos estruturais, mas pode ter prazos de entrega ou considerações de pedido mínimo.
- Forma do produto: Ambas as classes são comumente vendidas como barras de reforço, barras comerciais e às vezes como seções laminadas a quente; verifique os estoques e certificações dos moinhos locais.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | SD390 | SD490 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (menor CE) | Aceitável, mas requer mais controle |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Boa ductilidade e tenacidade para uso geral | Maior resistência; tenacidade depende do processamento |
| Custo | Menor (base de material) | Maior (processamento e controles mais rigorosos) |
Recomendação: - Escolha SD390 se: - As cargas do seu projeto podem ser atendidas por material de ~390 MPa de escoamento. - Facilidade de soldagem, conformação e maior ductilidade são prioridades. - Você prefere maior disponibilidade e menor custo de material. - Escolha SD490 se: - A otimização estrutural exige maior resistência ao escoamento para reduzir tamanhos de seção ou peso. - O projeto tolera controles de fabricação mais rigorosos (soldagem, dobra) ou o fornecedor fornece produto TMCP/microligado com tenacidade comprovada. - Você tem procedimentos de soldagem qualificados e fabricantes experientes para gerenciar preocupações com a HAZ.
Nota final: SD390 e SD490 são ambas classes úteis dentro da família de aços estruturais de carbono/HSLA. A escolha certa depende de uma avaliação holística dos requisitos estruturais, capacidade de fabricação, procedimentos de soldagem, necessidades de revestimento e custo total do projeto. Para projetos críticos, sempre obtenha certificados de usina, especificações de procedimento de soldagem (WPS) e, se necessário, consulte os produtores de aço para selecionar a química exata e a rota de processamento que fornecem o equilíbrio de resistência–tenacidade necessário.