St12 vs St13 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

St12 e St13 são graus de aço carbono baixo tradicionais frequentemente encontrados na prática industrial europeia, particularmente em linhas de produtos de chapas e tiras laminadas a frio. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação comumente enfrentam um dilema de seleção entre eles ao otimizar para objetivos concorrentes, como menor custo vs. resistência marginalmente maior, ou máxima conformabilidade vs. resistência ao desgaste ligeiramente melhorada. Os contextos típicos de decisão incluem estampagem profunda vs. peças estruturais leves, montagens soldadas vs. painéis expostos de grau consumidor, e requisitos de impacto a baixa temperatura vs. fabricação geral.

A principal distinção prática entre St12 e St13 é um pequeno ajuste deliberado na composição e na história de têmpera orientada para o desempenho laminado a frio: um grau enfatiza a máxima ductilidade e acabamento superficial para operações de conformação, enquanto o outro é ajustado para atributos de limite de escoamento/resistência à tração ligeiramente mais altos e estabilidade dimensional. Como os dois graus ocupam posições adjacentes no espectro de aço carbono baixo, eles são comumente comparados durante a seleção de materiais onde as trocas de propriedades marginais são importantes.

1. Normas e Designações

• Origem e mapeamento:
• Os nomes St12 e St13 vêm da nomenclatura tradicional alemã/DIN para aços mild não ligados, laminados a frio.
• As especificações contemporâneas e o fornecimento são regidos por normas mais amplas, como EN (europeia), JIS (japonesa), GB (chinesa) e variantes nacionais; equivalentes exatos devem ser confirmados contra certificados de material e revisões de normas atuais.
• Classificação:
• Tanto St12 quanto St13 são aços carbono simples (aço carbono não ligado/mild).
• Não são graus inoxidáveis, de ferramenta ou HSLA no sentido moderno; são melhor descritos como aços mild de baixo carbono otimizados para conformação e qualidade de superfície.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume as tendências características de liga para esses graus sem inventar limites numéricos específicos — sempre consulte os certificados da usina e o documento padrão aplicável para porcentagens exatas.

Como a estratégia de liga afeta as propriedades: - O baixo teor de carbono preserva a ductilidade, melhora a conformabilidade a frio e reduz o risco de trincas na zona afetada pelo calor (HAZ) da solda. - O baixo manganês e a ausência de elementos de liga fortes significam temperabilidade limitada; aumentos de resistência são alcançados por trabalho a frio e laminação a tempera, em vez de conteúdo de liga. - Microligas de traço em algumas rotas de produção podem refinar o tamanho do grão e melhorar ligeiramente a resistência ao escoamento sem sacrificar a conformabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Ambos os graus mostrarão uma matriz ferrítica com possível ferrita poligonal e pequenas quantidades de perlita, dependendo do carbono exato e da história de resfriamento. Para produtos laminados a frio e recozidos, a estrutura é uma fina ferrita com carbonetos dispersos em aços com carbono ligeiramente mais alto. - St12 (orientado para conformabilidade) tende a ser recozido para produzir uma microestrutura de ferrita mais macia e uniforme com mínima perlita. - St13 (resistência marginalmente maior) pode ter uma fração ligeiramente maior de perlita ou um tamanho de grão ferrítico mais fino se produzido com resfriamento controlado ou adições de microliga.

Resposta a rotas de processamento comuns: - Recozimento (recozimento de recristalização para bobinas laminadas a frio): ambos os graus recuperam ductilidade; St12 recupera a valores de alongamento muito altos, St13 recupera ductilidade, mas pode reter resistência ao escoamento marginalmente mais alta. - Normalização: não é típica para aplicações laminadas a frio, mas produzirá uma microestrutura relativamente uniforme de ferrita-perlita; benefício limitado porque estes são aços de baixo carbono. - Tempera e têmpera: amplamente inaplicável para esses graus de baixo carbono porque o teor de carbono é insuficiente para formação significativa de martensita; o aumento de resistência por essa rota é mínimo. - Processamento termo-mecânico: se aplicado a montante (aços laminados a quente ou microligados), o refino do grão pode aumentar a resistência ao escoamento enquanto preserva a ductilidade; ainda assim, a química nominal limita a temperabilidade alcançável.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo está uma comparação qualitativa. Valores numéricos específicos devem ser obtidos a partir de certificados de teste da usina ou da especificação de compra.

Por que essas diferenças surgem: - Pequenos ajustes em carbono, manganês e tamanho de grão induzido por processo geram as mudanças observadas. Como as diferenças de liga são menores, a maior parte da variação de propriedades se deve à história termo-mecânica e ao trabalho a frio, em vez da química.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de ambos os graus é geralmente excelente devido aos seus baixos equivalentes de carbono. Duas fórmulas de equivalente de carbono comumente usadas que ajudam a avaliar a soldabilidade são fornecidas abaixo; elas quantificam a propensão para endurecimento da HAZ e trincas a frio.

• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Interpretação: - Baixos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam baixa suscetibilidade à dureza da HAZ e trincas a frio; tanto St12 quanto St13 normalmente apresentam valores favoráveis (baixos) porque são de baixo carbono e não ligados. - St13, com sua resistência ligeiramente mais alta, pode apresentar um equivalente de carbono marginalmente mais alto dependendo de sua química precisa, mas na maioria dos lotes práticos, ambos os graus soldam prontamente com metais de adição comuns e controles padrão de pré-aquecimento/interpasso geralmente são desnecessários para seções finas. - Para estruturas soldadas críticas, verifique $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ a partir da química real e siga a qualificação do procedimento de soldagem se as condições de serviço exigirem.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Tanto St12 quanto St13 são aços de baixo carbono não inoxidáveis e, portanto, dependem da proteção superficial para resistência à corrosão.
• Estratégias de proteção típicas:
• Galvanização a quente para exposição ao ar livre e peças que requerem proteção contra corrosão sacrificial.
• Galvanização eletrolítica para aparência superficial controlada e pintura subsequente.
• Revestimentos orgânicos (revestimentos de bobina, revestimento em pó ou sistemas de pintura) para proteção estética e de barreira.
• Revestimentos de conversão (camadas de fosfato, passivação) para melhorar a adesão da tinta.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é usado para ligas inoxidáveis; não é aplicável a esses graus não inoxidáveis. Para referência, PREN é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Ao especificar tratamento superficial, considere sequências de conformação e soldagem (galvanizar após a conformação ou re-galvanização local após a soldagem) e o impacto dos revestimentos no processamento subsequente.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade:
• St12 é otimizado para estampagem profunda e operações de conformação agressivas (alto alongamento, baixa resistência ao escoamento).
• St13 mantém boa conformabilidade, mas é ligeiramente menos permissivo para estampagem extrema; o design da ferramenta pode precisar de pequenos ajustes.
• Usinabilidade:
• Ambos os graus têm boa usinabilidade; o St12 mais macio geralmente oferece vida útil de ferramenta ligeiramente melhor e forças de corte mais baixas.
• Lubrificação, geometria da ferramenta e velocidades de avanço dominam o comportamento de usinagem mais do que as pequenas diferenças químicas.
• Dobramento e estampagem:
• A recuperação é marginalmente maior para o St13 de maior resistência; compensação na ferramenta ou tolerâncias de dobra podem ser necessárias.
• Acabamento superficial e qualidade de estampagem:
• Bobinas recozidas a frio de ambos os graus fornecem alta qualidade de superfície; St12 é frequentemente especificado onde continuidade superficial superior e mínimo microtrincas são requeridos.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha St12 onde a conformabilidade, acabamento superficial e mínima recuperação são os requisitos dominantes. - Escolha St13 onde um aumento modesto na resistência ou controle dimensional traz benefícios de fabricação ou serviço sem sacrifício substancial da conformabilidade.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo:
• Ambos os graus são aços carbono simples e estão tipicamente entre os aços menos caros em termos de custo de material.
• As diferenças de preço entre eles geralmente são negligenciáveis; no entanto, o volume de produção, tratamento superficial (galvanizado/revestido) e o estoque do fornecedor impactam o custo unitário mais do que o nome do grau.
• Disponibilidade:
• Bobinas e chapas laminadas a frio St12 e St13 estão amplamente disponíveis em usinas siderúrgicas e centros de serviços em regiões onde as designações tradicionais DIN/EN continuam em uso.
• A disponibilidade por forma de produto (bobina, corte sob medida, blanks) é geralmente forte para ambos, mas confirme os prazos de entrega para tratamentos de superfície especiais.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação: - Escolha St12 se suas necessidades primárias são máxima conformabilidade a frio, mínima recuperação, acabamento superficial superior para pintura ou painéis visíveis, e as menores forças de processamento possíveis. - Escolha St13 se você precisar de um pequeno, mas útil, aumento na resistência ao escoamento ou à tração e estabilidade dimensional, mantendo boa conformabilidade e soldabilidade — por exemplo, quando um desempenho estrutural leve é necessário ou onde uma redução modesta na espessura é desejável para economizar peso/custo.

Nota final: St12 e St13 são graus vizinhos no espectro de baixo carbono; suas diferenças práticas são frequentemente impulsionadas tanto pela história de processamento (recozimento, laminação a tempera, tratamento superficial) quanto pela prática do fornecedor, assim como pela química. Sempre solicite certificados da usina, realize um teste de processo em material representativo e especifique os critérios mecânicos e de superfície exigidos nos documentos de aquisição, em vez de confiar apenas no nome do grau.