StW22 vs StW24 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

StW22 e StW24 são aços carbono estruturais intimamente relacionados, comumente considerados para componentes moldados a frio e soldados em aplicações mecânicas e estruturais. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação frequentemente ponderam as compensações entre custo, resistência, conformabilidade e soldabilidade ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de um grau para peças estampadas profundas, montagens soldadas ou membros estruturais de carga mais pesada, onde os limites de conformação e os custos de pós-processamento são importantes.

O principal diferenciador entre StW22 e StW24 reside em seu equilíbrio mecânico: StW24 é formulado e processado para alcançar resistência e endurecibilidade ligeiramente superiores, enquanto StW22 é ajustado para fornecer maior ductilidade e capacidade de conformação por alongamento. Como ambos os graus ocupam posições adjacentes na mesma família, a seleção muitas vezes depende de se o projeto prioriza maior elongação/conformabilidade ou aumentos modestos na resistência com similaridade na fabricabilidade.

1. Normas e Designações

• As normas típicas onde as designações do tipo “StW” aparecem são normas nacionais e regionais derivadas de convenções de nomenclatura alemãs/DIN mais antigas e equivalentes em sistemas EN/ISO e outros sistemas nacionais. Especificações modernas podem mapear esses nomes legados para designações específicas EN ou ISO; sempre verifique a edição exata da norma ao adquirir material.
• Classificação:
• StW22 — aço estrutural de baixo carbono não ligado para conformação a frio (aço carbono).
• StW24 — aço estrutural de baixo liga ou microligado com resistência/endurecibilidade ligeiramente superiores ao StW22 (geralmente ainda tratado como aço carbono/baixo liga).
• Nota: Para aquisição, confirme a norma aplicável (por exemplo, ficha técnica do fornecedor, número da norma EN) em vez de confiar apenas nos nomes de grau legados. Algumas normas nacionais ou usinas podem usar rótulos semelhantes com pequenas diferenças composicionais ou de propriedades.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume a estratégia usual de liga para os dois graus em termos qualitativos (presença e papel dos elementos em vez de valores exatos). Para seleção crítica do projeto, solicite o certificado da usina para valores precisos de wt%.

Explicação: - Ambos os graus são aços de baixo carbono; seu comportamento mecânico é principalmente ajustado pelo controle dos níveis de carbono e manganês e por pequenas quantidades de elementos de microligação no StW24 para aumentar a resistência sem perda excessiva de ductilidade. - A microligação (V, Nb, Ti) é uma estratégia comum para aumentar a resistência ao escoamento por meio do endurecimento por precipitação e refinamento de grão, em vez de aumentar o carbono, o que prejudicaria a soldabilidade e a conformabilidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas dependem da rota de processamento (laminado a quente, laminado a frio, normalizado ou laminado termomecanicamente):

• StW22:
• Condição como laminado ou recozido: principalmente ferrítico com ilhas perlíticas se o carbono estiver presente; o ferrite fino domina devido ao baixo carbono.
• Resposta ao normalizado: mistura de ferrite-perlita mais uniforme com grãos ligeiramente refinados; mantém alta ductilidade.
• Resfriamento e têmpera: não comumente aplicado porque o grau é otimizado para conformabilidade em vez de alta resistência endurecida.

• Processamento controlado termomecanicamente (TMCP): refina o tamanho do grão, melhorando a tenacidade sem perder ductilidade.

• StW24:

• Como laminado: ferrite-perlita semelhante, mas com constituintes perlíticos ou bainíticos ligeiramente mais altos se microligados ou se as taxas de resfriamento forem mais altas.
• TMCP ou microligação leva a uma matriz ferrítica de grão mais fino com carbonetos/nitretos dispersos, aumentando a resistência ao escoamento e a endurecibilidade.
• Resfriamento e têmpera podem ser usados em variantes selecionadas para alcançar classes de resistência mais altas, mas o StW24 comercial básico é frequentemente fornecido em condições de laminado a quente ou a frio.

Implicação prática: A composição e o processamento do StW24 permitem aumentos modestos na resistência e na endurecibilidade com complexidade de tratamento térmico semelhante, enquanto o StW22 tende a preservar a elongação e a capacidade de conformação.

4. Propriedades Mecânicas

Como os números reais das propriedades dependem da química exata e do processamento, a tabela a seguir apresenta o comportamento comparativo típico (qualitativo).

Explicação: - StW24 é projetado para proporcionar um aumento modesto na resistência à tração e ao escoamento, muitas vezes à custa da elongação final. A mudança líquida é intencional para permitir seções mais leves ou componentes menores, mantendo a fabricabilidade. - A tenacidade ao impacto em temperatura ambiente é geralmente aceitável para ambos quando produzidos e processados corretamente; a tenacidade em baixa temperatura deve ser confirmada por relatórios de teste do fornecedor.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é influenciada pelo teor de carbono, elementos que induzem endurecibilidade e resíduos. Dois indicadores empíricos comuns são o equivalente de carbono IIW e a fórmula Pcm:

• Use o equivalente de carbono IIW para uma avaliação rápida: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

• Para seções mais grossas e avaliação da soldabilidade estrutural: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - Ambos os graus geralmente têm baixo carbono e liga controlada, proporcionando soldabilidade favorável para procedimentos comuns de soldagem por fusão e resistência. - StW22, com elementos que induzem endurecibilidade ligeiramente mais baixos, geralmente oferece soldagem mais fácil com requisitos mínimos de pré-aquecimento e menor risco de trincas a frio. - StW24, devido ao Mn ligeiramente mais alto e possível microligação, pode ter maior endurecibilidade; para seções grossas ou juntas de alta restrição, pode ser aconselhável o pré-aquecimento ou controle da entrada de calor. Use as orientações de pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem especificadas pelo fornecedor e verifique o controle de hidrogênio e a seleção de consumíveis. - Recomendação prática: quando em dúvida, realize testes de soldagem e consulte os dados de soldabilidade da usina e os cálculos CE/Pcm usando dados de composição reais do certificado.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Esses graus não são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão é típica de aços carbono comuns.
• Métodos de proteção padrão:
• Galvanização a quente para exposição estrutural ao ar livre.
• Revestimentos orgânicos (primer e acabamento) para ambientes estéticos e de corrosão moderada.
• Revestimentos de conversão protetora e proteção catódica onde apropriado.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não se aplica a aços estruturais não inoxidáveis, mas para referência: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Este índice se aplica a famílias inoxidáveis (austeníticas/duplex), não aos aços StW.
• Para ambientes atmosféricos ou levemente corrosivos, a seleção depende da classe de exposição e do custo do ciclo de vida: a galvanização ou pintura é geralmente suficiente; para exposição marinha ou química, deve-se selecionar um grau inoxidável ou proteção adicional.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Conformabilidade:
• StW22: desempenho superior em conformação por alongamento e estampagem profunda devido à maior elongação; preferido para formas complexas e operações de conformação severas.
• StW24: capaz de conformação, mas com capacidade de deformação verdadeira mais limitada; o retorno elástico pode ser diferente devido à maior resistência.
• Maquinabilidade:
• Ambos são geralmente usináveis na condição recozida ou normalizada. A resistência ligeiramente mais alta no StW24 pode aumentar o desgaste das ferramentas e exigir forças de corte mais altas.
• Variantes de corte livre sulfurosas são uma família de produtos diferente; os graus padrão StW priorizam a conformação em relação aos aditivos de maquinabilidade.
• Acabamento:
• A qualidade da superfície, desengraxe/limpeza e qualquer adesão de revestimento precisam da mesma atenção para ambos os graus. O tratamento térmico ou trabalho a frio pode afetar a dureza e, assim, os parâmetros de acabamento.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha StW22 quando a complexidade da conformação e a elongação forem críticas e os níveis de carga forem moderados. - Escolha StW24 quando precisar reduzir a seção transversal ou a massa para uma carga dada e quando os requisitos de conformação forem moderados a leves.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: StW24 é tipicamente ligeiramente mais caro que StW22 devido ao controle químico mais rigoroso e possível microligação ou processamento TMCP. O custo incremental varia conforme a usina, volume do pedido e forma do produto.
• Disponibilidade: Ambos os graus são comumente oferecidos como bobinas/chapas laminadas a quente e a frio e como placas estruturais de fornecedores principais. A disponibilidade em formas padronizadas exatas depende das cadeias de suprimento regionais e se os equivalentes modernos EN/ISO são especificados; verifique os prazos de entrega para espessuras e condições de superfície específicas.

10. Resumo e Recomendação

Escolha StW22 se: - Seu projeto requer máxima conformabilidade, estampagem profunda ou curvatura e conformação complexas. - Montagens soldadas são simples e você prefere soldagem mais fácil com mínimo pré-aquecimento. - Sensibilidade ao custo e facilidade de fabricação são priorizadas em relação a um aumento marginal de resistência.

Escolha StW24 se: - Você precisa de um aumento modesto na resistência à tração e ao escoamento para reduzir o tamanho da seção ou alcançar economia de peso. - Os requisitos de fabricação e conformação são moderados e podem tolerar uma ligeira redução na elongação. - Você aceita um custo de material ligeiramente mais alto em troca de um potencial de resistência ao peso melhorado.

Nota final: Sempre verifique a certificação química e mecânica exata da usina para o lote que você pretende usar. Pequenas diferenças composicionais e rotas de processamento (recozido, normalizado, TMCP) têm efeitos materiais na conformação, soldagem e desempenho em serviço; quando em dúvida, solicite amostras para testes de conformação, soldagem e mecânicos antes de se comprometer com a produção total.