SUP6 vs SUP7 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam uma escolha entre graus de aço intimamente relacionados ao equilibrar resistência, tenacidade, soldabilidade, custo e fabricabilidade. SUP6 e SUP7 são dois desses graus que são escolhidos para componentes estruturais e de engenharia onde um equilíbrio otimizado de desempenho mecânico e custo é necessário. O dilema da seleção geralmente gira em torno de priorizar uma resistência e endurecimento ligeiramente mais altos (com impactos potenciais na soldabilidade e conformabilidade) ou favorecer uma fabricação mais fácil e um custo de processamento mais baixo.

A principal distinção entre SUP6 e SUP7 reside em sua liga e ajuste composicional: SUP7 representa um ajuste evolutivo na química e microligação para oferecer melhor endurecimento e tenacidade sem uma grande penalidade em soldabilidade ou custo. Como esses graus são usados para finalidades semelhantes, os projetistas os comparam principalmente com base na estratégia composicional e no comportamento mecânico e de processamento resultante.

1. Normas e Designações

• Normas a serem consultadas para qualquer designação da série SUP ou proprietária: ASTM/ASME, EN (Europeia), JIS (Japonesa), GB (Chinesa) e folhas de dados relevantes de usinas ou proprietárias. Sempre verifique os requisitos químicos e mecânicos exatos no certificado da usina ou norma especificada.
• Classificação do material: Tanto SUP6 quanto SUP7 são aços carbono/ligados não inoxidáveis destinados a aplicações estruturais ou de engenharia, em vez de aços para ferramentas ou graus inoxidáveis. Eles são tipicamente classificados entre aços estruturais de médio carbono ou baixo liga com opções de microligação — não HSLA no sentido de maior resistência, nem aços para ferramentas inoxidáveis ou de alta liga.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume a ênfase composicional para cada grau em termos qualitativos. Os níveis exatos dependem da norma ou usina emissora.

Como a liga afeta o desempenho - O carbono e o manganês definem principalmente a resistência e o endurecimento de base; um C mais alto aumenta a resistência, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) refinam a estrutura do grão, melhoram a tenacidade e fortalecem por precipitação — permitindo maior resistência em níveis de carbono mais baixos. - Pequenas adições de Mo, Cr ou Ni podem aumentar o endurecimento e a resistência ao revenido, permitindo propriedades superiores à espessura para seções maiores. - O enxofre e o chumbo (em variantes de usinagem livre) melhoram a usinabilidade, mas degradam a tenacidade e a soldabilidade; estes são geralmente evitados em graus destinados a uso estrutural crítico.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas - Em condições normalizadas ou normalizadas e revenidas, ambos os graus geralmente exibem uma matriz de ferrita–pearlita para classes de tensão mais baixas, ou bainita/ferrita de grão fino com precipitados controlados quando processados para maior resistência. - As variantes microligadas SUP7 tendem a desenvolver um tamanho de grão de austenita anterior mais fino e uma distribuição mais uniforme de precipitados (carbonitretos de V, Nb), o que melhora a tenacidade e aumenta a resistência ao escoamento sem excesso de carbono.

Resposta ao tratamento térmico - Normalização: Produz uma microestrutura uniforme de ferrita–pearlita; útil para melhorar a tenacidade e a estabilidade dimensional. SUP7 frequentemente alcança resistência ligeiramente maior após normalização devido ao endurecimento aprimorado e à estrutura de grão mais fina. - Resfriamento e revenido (Q&T): Permite resistências à tração e ao escoamento significativamente mais altas. O ajuste da composição do SUP7 (pequenas adições de Mo/Cr/Ni ou microligas) geralmente resulta em melhor resistência ao revenido e uma estrutura de martensita/bainita revenida mais resistente em temperaturas de revenido equivalentes. - Processamento termo-mecânico (laminação controlada): Ambos os graus respondem positivamente; adições de microliga no SUP7 possibilitam uma resposta de precipitação induzida por deformação mais forte e produtos de transformação mais finos, benéficos para produtos de chapa e barra que requerem alta tenacidade.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades exatas dependem da especificação, tratamento térmico e tamanho da seção. A tabela abaixo fornece uma comparação qualitativa.

Interpretação - SUP7 é comumente projetado para fornecer uma resposta mais forte e resistente para uma determinada geometria ou tratamento térmico, aproveitando a química da microliga e pequenas adições de liga. SUP6 enfatiza uma ductilidade equilibrada e facilidade de fabricação, tornando-o atraente quando resistência extrema não é necessária. - Se ambos forem submetidos a cronogramas de Q&T idênticos, o SUP7 geralmente atinge maior resistência e retém melhor a tenacidade, devido à otimização da liga e ao comportamento de precipitação.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende fortemente da equivalência de carbono, liga e espessura da seção. Duas fórmulas empíricas comuns usadas para estimar a soldabilidade são:

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

e

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

Interpretação qualitativa - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil e menor risco de trincas a frio; no entanto, essas são aproximações e devem ser combinadas com pré-aquecimento apropriado, temperaturas entre passes e seleção de metal de adição. - SUP6, com sua liga equilibrada e geralmente mais baixa, geralmente oferece melhor soldabilidade em seções transversais mais espessas do que um SUP7 com composição elevada. - Os modestos aumentos de endurecimento do SUP7 (via Mn, Mo, microligas) podem elevar a equivalência de carbono e necessitar de pré-aquecimento ou técnicas de cordão de revenido para seções mais espessas ou juntas restritas; no entanto, o controle cuidadoso do carbono e procedimentos de soldagem apropriados geralmente mantêm o SUP7 soldável para a maioria das aplicações estruturais. - Elementos de microliga (V, Nb) em pequenas quantidades não degradam drasticamente a soldabilidade, mas influenciam o comportamento de resfriamento; a qualificação do procedimento de soldagem é recomendada.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto SUP6 quanto SUP7 são aços carbono/ligados não inoxidáveis; a resistência à corrosão é típica de aços carbono não ligados.
• Estratégias de proteção: galvanização a quente, revestimentos de zinco ou orgânicos (pintura, revestimento em pó) e revestimentos resistentes à corrosão são práticas padrão para proteger componentes feitos desses graus quando expostos à atmosfera ou ambientes agressivos.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) não é aplicável a graus não inoxidáveis; para referência quando comparações inoxidáveis são necessárias: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Use proteção contra corrosão apropriada às condições de serviço (chuva salgada, umidade, exposição química). A liga em SUP7 projetada para resistência não proporciona ganhos significativos em resistência à corrosão.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Usinabilidade: Graus com menor resistência e adições específicas de usinagem livre são mais fáceis de usinar. Variantes SUP6 destinadas à fabricação geral são tipicamente mais fáceis de usinar do que variantes SUP7 otimizadas para maior resistência; SUP7 pode exigir velocidades mais lentas ou ferramentas mais robustas.
• Conformabilidade: Aços de menor resistência e dureza formam e dobram com menos retorno elástico e risco de trincas. SUP6 geralmente exibirá melhor conformabilidade a frio. A maior resistência ao escoamento do SUP7 reduz a conformabilidade; a conformação a quente ou raios de dobra maiores podem ser necessários para raios apertados.
• Acabamento de superfície: Ambos respondem bem a operações de acabamento padrão; SUP7 pode produzir aparas ligeiramente mais resistentes e exigir controle de refrigerante para evitar endurecimento no interface da ferramenta.
• Logística de tratamento térmico: SUP7 pode exigir controle mais rigoroso dos cronogramas de resfriamento/revenido para alcançar propriedades alvo; a aquisição deve garantir que a usina forneça registros claros de tratamento térmico.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção - Escolha SUP6 quando a velocidade de fabricação, conformação e economia de usinagem forem preocupações primárias e as cargas forem moderadas. - Escolha SUP7 quando maior resistência, melhor tenacidade em seções mais grossas ou superior resistência ao revenido forem necessárias e uma atenção de processamento ligeiramente maior (soldagem/pré-aquecimento; ferramentas) for aceitável.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: Variantes SUP7 geralmente custam ligeiramente mais por tonelada do que SUP6 devido ao controle adicional de liga, elementos de microliga e potencialmente processamento/inspeção mais rigorosos. O delta depende dos preços das ligas de commodities e da demanda por tratamento térmico.
• Disponibilidade: Ambos os graus são comumente produzidos em barras, chapas e seções laminadas por grandes produtores de aço; no entanto, a disponibilidade de condições específicas de tratamento térmico e variantes de composição rigorosa (por exemplo, SUP7 microligado) pode ser mais limitada e exigir tempo de espera. Sempre confirme os prazos da usina e verifique itens em estoque versus feitos sob encomenda.

10. Resumo e Recomendação

Recomendação - Escolha SUP6 se você precisar de um aço econômico, facilmente fabricável, com boa ductilidade e soldagem/conformação simples — exemplos incluem estruturas soldadas, eixos de carga moderada e peças onde a produtividade de usinagem/conformação é crítica. - Escolha SUP7 se a aplicação exigir maior resistência, tenacidade melhorada à espessura ou melhor resistência ao revenido — exemplos incluem membros estruturais de seção transversal maior, componentes resfriados e revenidos, e peças onde os benefícios da microliga (refino de grão, fortalecimento por precipitação) melhoram o desempenho em serviço.

Nota de encerramento: Sempre especifique os requisitos químicos e mecânicos exatos, a condição de tratamento térmico e o procedimento de soldagem nos documentos de aquisição. Verifique os certificados da usina e, para aplicações críticas, solicite relatórios de teste representativos cobrindo tração, impacto e dureza para garantir que o grau selecionado atenda à intenção do projeto.