Graus de aço para conjuntos soldados pesados: A36, A572, S235JR e S355 comparados

A maioria das estruturas pesadas é construída com um de quatro graus. São parentes próximos, em grande parte intercambiáveis na intenção, e escolher entre eles costuma ser uma questão de qual norma o seu desenho segue e de você precisar ou não da resistência ao escoamento extra.

Eis a comparação, e os casos em que ela realmente muda o projeto.

Os quatro graus

Grau	Norma	Escoamento mín.	Resistência à tração	Onde é usado
ASTM A36	ASTM A36/A36M	250 MPa (36 ksi)	400–550 MPa	Padrão nos EUA para chapa e perfis
ASTM A572 Gr 50	ASTM A572/A572M	345 MPa (50 ksi)	450 MPa mín.	Alta resistência e baixa liga nos EUA
S235JR	EN 10025-2	235 MPa	360–510 MPa	Estrutural geral na UE
S355 (JR/J0/J2)	EN 10025-2	355 MPa	470–630 MPa	O cavalo de batalha da UE para estruturas pesadas

Pares práticos: A36 ≈ S235JR e A572 Gr 50 ≈ S355. Não são idênticos: limites de composição química, classes de tolerância e requisitos de impacto diferem, mas para um conjunto soldado geral a fábrica os tratará como equivalentes, e um desenho que diz “A36 ou equivalente” será fabricado no que as usinas locais tiverem em estoque.

No Vietnã e na região em geral, S355 e A572 Gr 50 são facilmente encontrados, assim como A36 e S235JR. Nada nesta lista é exótico.

O que significa o sufixo JR / J0 / J2

Esta é a parte que os compradores mais deixam passar, e a que ocasionalmente importa muito.

O sufixo especifica a tenacidade ao entalhe, a energia de impacto Charpy em entalhe V que o aço deve fornecer, e a que temperatura:

Sufixo	Temperatura do ensaio de impacto	Energia mínima
JR	+20 °C	27 J
J0	0 °C	27 J
J2	−20 °C	27 J
K2	−20 °C	40 J

Se a sua estrutura será carregada em clima frio, planta ao ar livre no norte da Europa, Coreia no inverno, câmara frigorífica, especifique J2. A tenacidade é o que impede uma pequena falha de se propagar até uma fratura frágil, e é uma propriedade que não se pode acrescentar depois.

Se o equipamento fica em ambiente interno em uma planta de clima temperado ou tropical, JR é adequado e mais barato.

O modo de falha: um desenho diz “S355” sem sufixo, a usina fornece S355JR por ser o grau qualificado mais barato, e a estrutura acaba ao ar livre em um lugar que chega a −25 °C. Tecnicamente não há nada errado com o fornecimento. Escreva o sufixo.

Quando a maior resistência ao escoamento se paga

Passar de A36 para A572 Gr 50, ou de S235 para S355, compra aproximadamente 40–50% a mais de resistência ao escoamento com um sobrepreço modesto de material, tipicamente alguns pontos percentuais por tonelada.

Paga-se quando o projeto é governado pela resistência. Se um elemento é dimensionado pela tensão, o grau mais alto permite afinar a seção. Menos chapa a comprar, menos metal de solda a depositar, menos peso a içar e embarcar. Em uma estrutura governada pela resistência, isso frequentemente mais do que cobre o sobrepreço.

Não se paga quando o projeto é governado pela rigidez. O módulo de Young é cerca de 200 GPa para todos esses graus. Um aço mais resistente não é um aço mais rígido. Se o seu elemento é dimensionado pela deflexão, o que é comum em bases de máquinas, onde a tolerância é de alinhamento e não de ruptura, passar para S355 não compra nada além de uma fatura maior.

O teste: pergunte ao seu engenheiro se a verificação governante foi de tensão ou de deflexão. Se foi de deflexão, fique com o grau mais barato e gaste o dinheiro em altura de seção.

Soldabilidade e pré-aquecimento

Os quatro graus são facilmente soldáveis. O número relevante é o carbono equivalente (CE ou CEV), que prevê o endurecimento na zona afetada pelo calor e, portanto, a exigência de pré-aquecimento.

Orientação aproximada:

• CE abaixo de 0.40: em geral soldável com pouco ou nenhum pré-aquecimento em espessuras moderadas
• CE de 0.40–0.50: pré-aquecimento provável em seções mais grossas
• CE acima de 0.50: pré-aquecimento e temperatura entre passes controlada são necessários

A36 e S235JR ficam tipicamente na ponta inferior. A572 Gr 50 e S355 ficam um pouco acima. A espessura importa tanto quanto a composição química: o mesmo grau com 60 mm precisa de pré-aquecimento onde 20 mm não precisa, porque a massa fria ao redor resfria a junta mais depressa.

Obtenha o CE real do certificado de usina, e não de uma tabela. Ele vem impresso no certificado, e é contra ele que a WPS deveria ter sido qualificada; veja AWS D1.1 em linguagem clara.

Aço patinável e inoxidável, as duas exceções

O aço patinável (ASTM A588, ou S355J0WP) forma uma camada estável de óxido e pode ser usado sem pintura ao ar livre. Serve para pontes e estruturas expostas. É uma má escolha onde a estrutura fica em contato constante com água, onde o escorrimento mancharia ou onde algo é parafusado a ela com metal dissimilar.

O inoxidável (304/316) aparece em skids para serviço alimentício, farmacêutico e marítimo. Custa várias vezes o preço do aço carbono, solda de forma diferente, distorce mais por causa da maior dilatação térmica e da menor condutividade, e exige decapagem e passivação depois da soldagem. Especifique-o onde o processo exigir, não por aparência.

Certificados de usina

Qualquer que seja o grau especificado, exija certificados EN 10204 3.1, emitidos pelo departamento de inspeção da própria usina, rastreáveis ao número da corrida, com composição química e propriedades mecânicas.

Um certificado 2.2 é uma declaração de conformidade sem resultados de ensaio para a sua corrida específica. Para uma estrutura portante, peça 3.1. Não custa nada e é o documento que o seu controle de qualidade vai querer ver três anos depois.

O que escrever no desenho

Quatro linhas:

1. Grau e norma: “Chapa e perfis: S355J2 conforme EN 10025-2” ou “ASTM A572 Grau 50”
2. Sufixo de tenacidade: escolhido para a menor temperatura de serviço
3. Certificação: “Certificados de usina conforme EN 10204 3.1 exigidos”
4. Uma cláusula de substituição: “Graus equivalentes aceitáveis com aprovação prévia por escrito”, se você aceita que a fábrica use o que consegue obter rápido, o que muitas vezes encurta o prazo

Não sabe se a sua estrutura é governada pela resistência ou pela rigidez, ou qual grau a região consegue fornecer no seu prazo? Envie o desenho e voltaremos em até 24 horas úteis.