Como ler as tabelas de composição química e propriedades mecânicas do aço

Como ler uma tabela de composição e propriedades mecânicas do aço

Uma tabela de aços é uma referência, não uma especificação. As suas linhas condensam informações que normalmente pertencem a uma norma de produto, a um intervalo dimensional, a um processo de fabrico, a uma condição de tratamento térmico e a um método de ensaio. Uma designação como AISI 4140, 304 ou S355 identifica uma família ou qualidade, mas, por si só, não estabelece todos os limites químicos ou requisitos mecânicos aplicáveis a um produto fornecido.

O documento aplicável é o primeiro elemento a considerar. A ASTM A240 abrange chapas, folhas e tiras de aço inoxidável ao crómio e ao crómio-níquel para recipientes sob pressão e aplicações gerais; a ASTM A276 abrange barras e perfis de aço inoxidável. Ambas podem incluir qualidades designadas 304, mas a forma do produto, a condição de fabrico permitida, as regras dimensionais e as disposições relativas aos ensaios não são idênticas. Do mesmo modo, o S355, ao abrigo de uma norma europeia relativa a produtos estruturais, não é uma identidade material independente do contexto. A norma EN de produto aplicável determina os requisitos para chapas, perfis, secções ocas ou outras formas.

Uma tabela útil necessita, por isso, de um âmbito declarado. Deve identificar a norma, a designação da qualidade, a forma do produto, a condição de fornecimento, a espessura ou dimensão da secção, as unidades, a direção do ensaio e os critérios de aceitação. Sem estes campos, uma linha pode apoiar uma comparação preliminar, mas não pode estabelecer a conformidade.

O que representa realmente uma linha relativa a uma qualidade

Uma linha relativa a uma qualidade representa uma parte definida de um sistema de especificações. No mínimo, estabelece a ligação entre uma designação, a composição química e um ou mais requisitos relativos às propriedades. Numa boa tabela, pode também indicar se os valores se aplicam a barras laminadas a quente, chapas normalizadas, aços ligados temperados e revenidos, aços inoxidáveis solubilizados ou a outra condição.

A ASTM A400 relaciona a seleção de barras de aço com a classe, a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e o limite de elasticidade mínimo pretendido. Strong evidence

[1][1] Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties. ASTM International. ASTM standard.

A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, torna este ponto particularmente claro. As suas orientações tabeladas relacionam a seleção de barras de aço com a qualidade, a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e o limite de elasticidade mínimo pretendido. Consequentemente, uma linha não corresponde simplesmente às “propriedades do 4140”. Trata-se de uma orientação para um contexto específico de produto em barra, em que a resistência é afetada pela forma como o aço foi processado e pela dimensão da secção.

A mesma designação pode incluir requisitos diferentes noutra especificação de produto. Uma chapa pode ser fornecida normalizada, normalizada e revenida, ou temperada e revenida. Uma barra pode estar recozida ou trefilada a frio. Estas condições alteram a dureza, o limite de elasticidade, a resistência à tração e a ductilidade, mesmo quando a composição da corrida permanece dentro dos limites da mesma qualidade.

As dimensões também fazem parte da identidade do requisito. Os aços estruturais apresentam geralmente limites de elasticidade mínimos mais baixos para maiores espessuras, porque as velocidades de arrefecimento e as condições de transformação diferem ao longo da secção. O Eurocode 3, EN 1993-1-1 Section 3.2.6, apresenta propriedades dos materiais de cálculo para S235, S275, S355, S420, S450 e S460, mas esses valores são dados de cálculo associados ao enquadramento do Eurocode e às suas disposições relativas à espessura. Não devem ser transpostos para uma tabela de uso geral e apresentados como resultados universais de ensaios de tração.

A direção do ensaio constitui outro limite. Uma chapa laminada pode apresentar valores diferentes de resistência, alongamento, redução de área e tenacidade na direção transversal e na direção longitudinal relativamente à direção de laminagem. Uma linha de propriedades mecânicas que omita a direção pode ocultar um requisito aplicável apenas na direção longitudinal ou apenas na direção transversal. A temperatura também pode ser relevante, sobretudo no caso da energia de impacto.

As normas ASTM abrangem propriedades químicas, mecânicas, metalúrgicas e outras propriedades de aços ao carbono, estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados. Esta amplitude constitui um alerta contra o tratamento de uma designação curta de qualidade como uma definição material completa.

Limites de composição versus análises comunicadas

Análise térmicaAnálise térmica Uma análise química destinada a representar a composição de uma determinada corrida ou panela de aço.

As tabelas de composição química apresentam normalmente limites, não uma análise garantida. Uma especificação pode estabelecer, por exemplo, carbono 0,08% máximo, manganês 2,00% máximo, ou crómio entre valores mínimo e máximo especificados. Estes são limites de aceitação, normalmente expressos em percentagem em massa. Não significam que cada corrida contenha o valor intermédio do intervalo.

Um certificado de ensaio do fabricante pode indicar uma análise da corrida como carbono 0,045%, manganês 1,52% e crómio 18,20%. Estes valores descrevem a corrida ensaiada, em conformidade com as regras de amostragem e análise da norma. Não substituem os limites da especificação. Inversamente, uma tabela ilustrativa pode indicar carbono 0,20% para uma qualidade cujo intervalo permitido é 0,17–0,23%. Esse valor único é útil para orientação, mas não pode determinar a conformidade.

A distinção torna-se especialmente importante no caso dos elementos de liga e dos elementos residuais. O fósforo e o enxofre podem estar sujeitos a limites máximos; o silício e o manganês podem ter intervalos definidos; o azoto, o cobre, o nióbio, o titânio ou outros elementos podem ser controlados consoante a qualidade e a norma de produto. Uma tabela comparativa que arredonde valores, combine diferentes edições ou omita elementos opcionais pode criar uma falsa equivalência.

A SSINA, por exemplo, publica tabelas de composição em percentagem ponderal e de propriedades mecânicas especificadas para qualidades de aços inoxidáveis austeníticos abrangidas pelas especificações de produto ASTM. Essa tabela só é útil quando a especificação ASTM citada e a forma do produto são mantidas. O Nickel Institute separa igualmente a composição química, as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e as especificações em formato tabelar. Manter separadas estas classes de propriedades evita que um valor de composição química seja confundido com uma garantia de desempenho.

As tabelas comparativas exigem ainda mais cautela. O Handbook of Comparative World Steel Standards apresenta tabelas separadas para composições químicas e propriedades mecânicas nos sistemas internacionais de designação. Essa separação é justificada: nomes semelhantes ou composições aproximadas não provam que duas qualidades tenham regras de processamento, requisitos de tenacidade, disposições relativas à limpeza ou valores mínimos mecânicos idênticos. “Equivalente” deve significar equivalente para uma utilização e uma norma especificadas, e não apenas semelhante numa coluna química.

Propriedades especificadas versus propriedades típicas

Uma propriedade especificada é um requisito contratual ou baseado numa norma. Se uma especificação de produto exigir um limite de elasticidade mínimo de 355 MPa, um valor ensaiado inferior a esse limiar não cumpre o requisito, salvo se a norma previr uma exceção válida ou um procedimento de repetição do ensaio. Se for especificada uma dureza máxima, um valor comunicado superior a esse limite é igualmente significativo.

Uma propriedade típica é uma informação representativa e não substitui um mínimo ou máximo especificado. Strong evidence

Uma propriedade típica é diferente. Trata-se de um valor observado, representativo ou habitualmente publicado, muitas vezes associado a um determinado tratamento térmico e à orientação do provete. A resistência à tração típica de uma condição pode ser 700 MPa, enquanto a especificação estabelece apenas um mínimo de 655 MPa. O valor típico ajuda os engenheiros a estimar o comportamento; não eleva o requisito mínimo para 700 MPa.[2][2] Mechanical Properties of Carbon and Alloy Steels. ASM International. ASM Metals Handbook.

A diferença é fundamental, porque a resistência não é determinada apenas pela composição química. A ASM International afirma que as propriedades dos aços ao carbono e ligados resultam dos efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. A velocidade de têmpera, a temperatura de revenido, o tamanho do grão, a deformação anterior e a espessura da secção podem alterar a dureza, a tenacidade, o limite de elasticidade e o alongamento dentro da mesma qualidade química.

[3][3] General Content and Format of ASTM Standard Specifications for Steel Products. American Institute of Steel Construction. AISC Engineering FAQ.

Uma tabela deve identificar claramente cada valor como máximo, mínimo, intervalo, típico, nominal, valor de cálculo ou análise comunicada. Deve também identificar, quando aplicável, a norma do ensaio, o local de extração do provete, a orientação, a temperatura e a condição de fornecimento. Para perfis estruturais e chapas, o American Institute of Steel Construction salienta que as especificações de produto ASTM contêm geralmente requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas; nenhuma destas categorias pode substituir adequadamente a outra.

A regra editorial é simples: nunca trate uma tabela copiada como substituta da norma aplicável. Utilize a tabela para localizar uma qualidade e compreender as variáveis. Em seguida, confirme a especificação aplicável, a forma do produto, a condição, as dimensões, a edição e os requisitos de ensaio antes de atribuir conformidade ou propriedades de engenharia.

A arquitetura das designações e normas dos aços

Lógica das designações ASTM e ASME

Uma designação de aço não constitui uma identidade material completa. É um endereço dentro de um determinado sistema de normas. A ASTM A36, por exemplo, identifica uma especificação de aço-carbono estrutural, mas a especificação abrange mais do que o nome: define as formas de produto permitidas, os limites químicos, os requisitos de tração e de cedência, os métodos de ensaio, as condições de fornecimento e, por vezes, requisitos suplementares. A ASTM A572/A572M Grau 50 refere-se a um aço estrutural de alta resistência e baixa liga, com uma tensão de cedência mínima especificada; contudo, os limites aplicáveis e as disposições relativas aos ensaios continuam a depender do produto abrangido pela especificação.

O sistema da ASTM combina geralmente uma letra, um número de série e, quando necessário, um grau, tipo, classe ou designação suplementar. A letra indica o tema geral: “A” abrange materiais ferrosos, enquanto o número identifica uma especificação específica. “A36” e “A572” não são, portanto, duas receitas químicas universais. São identidades de especificações. “Grau 50” exprime uma classe de resistência dentro da A572/A572M, e não um grau autónomo que possa ser transferido sem alterações para todos os produtos de aço.

A distinção torna-se clara na ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties. As suas tabelas relacionam os graus de barras com a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e a tensão de cedência mínima pretendida. Essa organização constitui um alerta contra a interpretação de uma única linha como um requisito completo de aquisição ou de projeto. Uma liga do tipo 4140, nas condições de laminada a quente, normalizada, temperada e revenida, ou acabada a frio, pode apresentar valores materialmente diferentes de resistência, dureza e ductilidade. Após o tratamento térmico, as secções maiores podem também não alcançar as mesmas propriedades ao longo da espessura que as secções menores.

As normas ASTM relativas aos aços abrangem aços-carbono, estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados, e podem especificar propriedades químicas, mecânicas, metalúrgicas e outras propriedades do material. A AISC explica que as especificações relativas aos aços estruturais para perfis e chapas contêm geralmente requisitos de composição e requisitos de propriedades mecânicas. Nenhuma das tabelas substitui a outra. A composição química controla os elementos de liga e residuais permitidos; os requisitos mecânicos estabelecem o que o produto fornecido deve alcançar nos ensaios.

As designações ASME revelam frequentemente uma segunda camada de controlo. No ASME Boiler and Pressure Vessel Code, uma especificação ASTM pode surgir com o prefixo “SA”, como SA-516/SA-516M para chapa destinada a recipientes sob pressão, em vez de A516/A516M. Esse prefixo assinala a aceitação no sistema de códigos ASME, mas não elimina a importância da especificação referenciada, da edição, da forma do produto, do grau, do tratamento térmico ou dos requisitos suplementares. As versões métricas e de unidades usuais podem também conter requisitos ou convenções de encomenda distintos. “SA-516 Grade 70” não é, portanto, uma identidade autónoma que possa ser substituída por qualquer chapa denominada “A516 Grade 70” sem verificar o código aplicável e a respetiva edição.

O atalho entre composição química e propriedades também falha do ponto de vista metalúrgico. A ASM International afirma que as propriedades dos aços-carbono e dos aços ligados resultam dos efeitos combinados da composição, do processamento e da microestrutura. O teor de carbono, o manganês, o crómio, o níquel, o molibdénio e o boro influenciam a temperabilidade e as transformações de fase, mas a redução por laminagem, a velocidade de arrefecimento, o revenido, o tamanho de grão e a espessura da secção alteram a estrutura resultante. Uma tabela de composição pode mostrar se uma corrida se encontra dentro de um determinado limite. Não pode, por si só, comprovar a tensão de cedência, a tenacidade ao impacto, a dureza ou a soldabilidade.

Designações europeias como S235 e S355

As designações estruturais europeias codificam um conjunto diferente de informações. No sistema EN, o “S” em S235 e S355 identifica o aço estrutural, enquanto o número indica a tensão de cedência mínima nominal, em megapascais, para um produto e intervalo de espessura definidos. O número não é um código de equivalência química. S355 não significa que todos os produtos marcados como S355 tenham um teor fixo de carbono, manganês, silício ou elementos de liga.

O sufixo é importante. Nas normas de produto EN 10025, designações como S235JR, S355J2 e S355K2 incluem categorias de tenacidade ao impacto. “JR”, “J0”, “J2” e “K2” correspondem a diferentes requisitos de impacto no ensaio Charpy com entalhe em V e a diferentes temperaturas de ensaio. “N” ou “NL” podem identificar classes de fornecimento normalizado ou laminado de normalização nas normas de produto relevantes. Uma designação sem o sufixo completo pode omitir informações que controlam o desempenho a baixa temperatura e a condição de processamento.

A espessura também altera o significado da resistência indicada. Os requisitos EN atribuem habitualmente diferentes valores mínimos de cedência a intervalos de espessura, pelo que o valor de 355 MPa associado ao S355 não é necessariamente a tensão de cedência exigida para todas as espessuras de chapa ou secções. Normas de produto como a EN 10025-2 regulamentam os aços estruturais não ligados laminados a quente, enquanto outras normas EN abrangem secções ocas, produtos forjados, elementos de fixação ou produtos inoxidáveis. A norma de produto faz parte da identidade.

A SteelConstruction.info distingue o sistema europeu de designação dos aços estruturais das normas que regem a composição química e as propriedades mecânicas. O Eurocode 3 introduz depois as propriedades dos materiais de projeto através da EN 1993-1-1, Secção 3.2.6. A sua tabela inclui S235, S275, S355, S420, S450 e S460, mas esses valores de projeto estão associados ao enquadramento do Eurocode e não substituem o certificado do fabricante nem a norma de produto EN aplicável. Uma tabela de projeto e uma tabela de aceitação do material respondem a perguntas diferentes.[4][4] Composition and Properties. Specialty Steel Industry of North America. SSINA technical resources.

As designações dos aços inoxidáveis demonstram o mesmo princípio a partir de outra perspetiva. “304” pode referir-se a uma designação de família utilizada em diferentes sistemas, enquanto a ASTM A240 Tipo 304 diz respeito a chapa, folha e banda, com requisitos específicos do produto. A SSINA apresenta tanto os limites de composição em percentagem mássica como as propriedades mecânicas especificadas para os graus de aços inoxidáveis austeníticos abrangidos pelas especificações de produto ASTM. A linha relativa à composição química e a linha relativa à tração devem ser lidas em conjunto, juntamente com a forma e a condição do produto.

Alegações de equivalência nacionais e internacionais

As tabelas comparativas são úteis para localizar graus relacionados. Não constituem certificados de permutabilidade. O Handbook of Comparative World Steel Standards separa as comparações de composições químicas das comparações de propriedades mecânicas entre sistemas internacionais de designação. Essa separação é essencial: dois graus podem apresentar intervalos semelhantes de carbono, crómio, níquel ou molibdénio e, simultaneamente, diferir quanto à tensão de cedência, aos ensaios de impacto, ao tratamento térmico, aos limites dimensionais ou às regras de inspeção.

Uma tabela que coloque a ASTM A36 ao lado da EN S235JR pode estar a indicar uma relação prática de família baseada na resistência nominal e na utilização estrutural comum. Não comprova que todos os produtos A36 cumpram todos os requisitos da S235JR, nem que qualquer um dos graus satisfaça os requisitos de tenacidade, espessura, composição química ou fornecimento do outro. A mesma precaução se aplica à ASTM A572 Grau 50 e ao S355. Os seus níveis de resistência nominal estão relacionados, mas os números dos graus não estabelecem uma soldabilidade, um desempenho ao impacto, limites de espessura ou requisitos de certificação correspondentes.

As tabelas do Nickel Institute colocam a composição química, as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e as especificações em categorias separadas por essa razão. As comparações representativas da Engineering ToolBox relativas ao carbono, crómio, manganês, molibdénio, níquel, fósforo, enxofre e silício podem ajudar a identificar famílias gerais de ligas, mas os valores representativos não constituem limites de especificação vinculativos. O manual de aços inoxidáveis da Outokumpu, as tabelas da SSINA e os dados práticos da Metallus desempenham uma função de referência semelhante.

Uma alegação de equivalência defensável deve indicar ambas as normas, a designação completa, a forma do produto, a espessura ou dimensão da secção, a condição de fornecimento, a direção do ensaio, os requisitos de temperatura e a edição aplicável. Se algum desses elementos faltar, “equivalente” deve ser entendido como “semelhante para uma comparação inicial”, e não como autorização para substituir um material por outro.

Tabelas de composição química: elementos e respetivas funções

As tabelas de composição química apresentam normalmente cada elemento como uma percentagem em massa, geralmente indicada como wt.% ou simplesmente %. Um valor como C 0,20 significa que o carbono corresponde a 0,20% da massa do aço. A tabela pode indicar um valor máximo, um valor mínimo ou um intervalo permitido. Essa distinção é importante: “P 0,040 máx.” não constitui o mesmo requisito que “Mn 0,80–1,20”, e nenhum destes valores identifica o aço independentemente da respetiva norma do produto.

As tabelas de composição e as tabelas de propriedades mecânicas respondem a perguntas diferentes. As tabelas de composição química definem quais os elementos que podem estar presentes na corrida; as tabelas mecânicas apresentam resultados como tensão de cedência, resistência à tração, alongamento, dureza ou energia de impacto para um produto e uma condição de ensaio especificados. A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, relaciona precisamente o grau, a composição, a condição de processamento, a dimensão da secção e a tensão de cedência mínima pretendida, porque a composição química, por si só, não permite estabelecer um resultado mecânico garantido. O ASM Metals Handbook atribui igualmente as propriedades dos aços ao carbono e dos aços ligados aos efeitos combinados da composição, do processamento e da microestrutura.

A Engineering ToolBox apresenta comparações representativas, em percentagem ponderal, entre graus de aço, incluindo carbono, crómio, manganês, molibdénio, níquel, fósforo, enxofre e silício. Uma tabela deste tipo é útil para observar diferenças químicas gerais, mas não deve substituir a especificação aplicável do produto ASTM, EN, ISO ou de outra natureza. As tabelas da SSINA relativas aos aços inoxidáveis austeníticos, o Outokumpu Stainless Steel Handbook e o Practical Data for Metallurgists, da Metallus, fornecem dados mais orientados para especificações ou centrados em determinados graus; contudo, os respetivos limites continuam a aplicar-se dentro do âmbito indicado por cada fonte.

Carbono, manganês, silício, fósforo e enxofre

O carbono é o principal elemento intersticial responsável pelo reforço nos aços comuns ao carbono e nos aços ligados. O aumento do teor de carbono eleva geralmente a dureza, a resistência à tração e a resistência que pode ser atingida após têmpera e revenido. Também aumenta, até certo ponto, a temperabilidade, embora os elementos de liga e a dimensão da secção influenciem fortemente a profundidade do endurecimento. O custo consiste numa ductilidade reduzida, menor soldabilidade e maior sensibilidade a estruturas frágeis na zona afetada pelo calor. Nos aços inoxidáveis, o carbono pode combinar-se com o crómio sob a forma de carboneto de crómio, habitualmente representado por compostos como Cr23C6. A precipitação nos limites de grão pode reduzir a resistência local à corrosão ao criar regiões empobrecidas em crómio.

O número presente na designação de um grau pode sugerir um determinado teor de carbono, mas não constitui uma identidade universal. Uma barra AISI 1045, uma barra ASTM A576 1045 e outro produto comercializado com uma designação 1045 semelhante podem apresentar diferenças na composição química permitida, nas dimensões, no tratamento térmico ou nos requisitos mecânicos. O documento que prevalece é a especificação do produto, e não a designação abreviada do grau.

O manganês reforça a ferrite através de efeitos de solução sólida e combina-se com o enxofre para formar inclusões de sulfureto de manganês. Isto é importante nos aços ao carbono, porque o manganês reduz o efeito nocivo do sulfureto de ferro, que pode provocar fragilidade a quente. O manganês também aumenta a temperabilidade e pode contribuir para uma maior resistência após o tratamento térmico. Um teor excessivo ou mal controlado de manganês pode afetar a tenacidade, a segregação, a soldabilidade e a estabilidade das fases. Nos aços austeníticos com elevado teor de manganês, o seu papel é mais significativo: ajuda a estabilizar a austenite e pode alterar o comportamento de transformação e de deformação.

O silício é habitualmente adicionado como desoxidante durante o fabrico do aço. Reforça a ferrite e pode melhorar a resistência à oxidação em determinadas aplicações, mas um teor mais elevado de silício pode reduzir a tenacidade ou dificultar a soldadura e a conformação. O silício é também importante nos aços elétricos, nos quais aumenta a resistividade elétrica e reduz as perdas por correntes parasitas. Uma tabela geral de engenharia pode apresentar o silício como constituinte minoritário, ao passo que uma determinada especificação pode impor um intervalo mais restrito porque o processamento, o desempenho magnético ou a soldabilidade assim o exigem.

O fósforo é geralmente controlado como impureza. Pode aumentar a resistência e a dureza através do reforço por solução sólida, mas um teor elevado de fósforo reduz geralmente a ductilidade e a tenacidade e pode promover a fragilização, sobretudo em condições térmicas ou de segregação desfavoráveis. O enxofre melhora a maquinabilidade ao formar inclusões de sulfuretos, especialmente sulfureto de manganês, mas essas inclusões podem reduzir a ductilidade transversal, a resistência à fadiga e a tenacidade na direção da espessura. Por conseguinte, os graus de fácil maquinagem aceitam teores de enxofre que seriam restringidos em produtos destinados a vasos de pressão, estruturas ou soldaduras exigentes. Uma tabela de composição regista a quantidade permitida; por si só, não descreve a forma ou a distribuição das inclusões, nem o comportamento mecânico daí resultante.

Crómio, níquel, molibdénio e azoto

O crómio aumenta a temperabilidade, favorece a formação de carbonetos e melhora a resistência à oxidação e à corrosão aquosa. As designações dos aços inoxidáveis exigem um teor de crómio suficiente para formar uma película protetora de óxido rica em crómio, mas o desempenho necessário depende de mais do que o teor total de crómio. O carbono, o azoto, o molibdénio, o estado superficial, o historial de soldadura e o ambiente de serviço são igualmente relevantes. O crómio pode estabilizar a ferrite, enquanto os carbonetos de crómio ou as fases intermetálicas podem remover crómio da matriz circundante e reduzir a resistência à corrosão localizada.

O níquel estabiliza a austenite e melhora geralmente a tenacidade, em particular a baixas temperaturas. Nos aços inoxidáveis austeníticos, o níquel ajuda a manter a estrutura austenítica cúbica de faces centradas; nos aços ligados, contribui para a temperabilidade e a tenacidade sem apresentar a mesma tendência para formar carbonetos que o crómio ou o molibdénio. O teor de níquel afeta, por conseguinte, o equilíbrio de fases, a resposta magnética, o comportamento de transformação e o desempenho face à corrosão. A conhecida descrição “18-8” de muitos aços inoxidáveis austeníticos indica uma família aproximada de crómio-níquel, não substituindo uma especificação como a ASTM A240 nem os limites exatos do grau indicados pela SSINA ou pela Outokumpu.

O molibdénio aumenta a temperabilidade e melhora a resistência ao amolecimento durante o revenido. Nos aços inoxidáveis, melhora significativamente a resistência à corrosão por picadas e à corrosão por frestas, especialmente em ambientes que contêm cloretos. Também afeta a formação de carbonetos e de fases intermetálicas. Um grau que contenha molibdénio não pode ser considerado equivalente a outro grau nominalmente semelhante sem molibdénio, mesmo que as propriedades de tração sejam próximas numa tabela de manual.

O azoto é um poderoso estabilizador da austenite e um elemento de reforço por solução sólida. Adições controladas podem aumentar a tensão de cedência e melhorar a resistência à corrosão por picadas em determinados aços inoxidáveis. Um teor de azoto excessivo para o processo ou para o grau pode provocar porosidade, formação de nitretos ou um equilíbrio de fases desfavorável. Nos aços inoxidáveis duplex, o azoto ajuda a manter a proporção pretendida de ferrite e austenite após o processamento; por isso, os valores máximo e mínimo indicados são requisitos funcionais e não meros valores decorativos da composição química.

Elementos residuais, microaleação e requisitos de equilíbrio

Os elementos residuais estão presentes devido às matérias-primas, à prática de fusão, aos materiais refratários ou às adições de ligas, e nem sempre constituem ingredientes principais deliberadamente adicionados. O cobre, o estanho, o cobalto, o antimónio, o chumbo e o vanádio podem aparecer numa tabela mesmo quando não são centrais para a descrição do grau. O cobre pode melhorar a resistência à corrosão atmosférica em determinados aços estruturais, enquanto o estanho e o antimónio podem contribuir para preocupações relacionadas com a fragilidade a quente ou a fragilização pelo revenido. O chumbo pode melhorar a maquinabilidade, mas altera o comportamento das inclusões e os requisitos relacionados com a soldadura. O efeito depende da concentração, da história térmica e das interações com outros elementos.

As adições de microaleação são pequenas, mas influentes. O nióbio, o vanádio e o titânio formam carbonitretos que limitam o crescimento do grão austenítico, produzem reforço por precipitação e alteram a recristalização durante a laminagem controlada. Um aço com 0,03% de Nb não é quimicamente permutável com outro que contenha apenas carbono e manganês e apresente uma resistência nominal semelhante. A dimensão final do grão, o estado de dissolução dos precipitados, o ciclo de laminagem, a velocidade de arrefecimento e o tratamento térmico subsequente determinam o benefício obtido.

Os requisitos de equilíbrio são igualmente importantes. As tabelas dos aços inoxidáveis podem limitar o carbono, exigindo simultaneamente que o crómio, o níquel, o molibdénio ou o azoto se encontrem dentro de intervalos definidos para preservar a estabilidade das fases austenítica, ferrítica ou duplex. As especificações dos aços ligados podem exigir boro apenas dentro de um intervalo estreito, porque uma adição residual pode melhorar a temperabilidade, enquanto um excesso de boro forma compostos indesejáveis. O cobre, o níquel, o crómio e o molibdénio residuais também podem afetar a temperabilidade, mesmo quando não constituem adições intencionais.

O Nickel Institute separa os dados químicos, mecânicos, físicos e de especificação nas suas tabelas de ligas; essa separação constitui uma boa prática. O Handbook of Comparative World Steel Standards mantém igualmente distintas as comparações de composição química e as comparações de propriedades mecânicas entre designações internacionais. O Eurocode 3 apresenta propriedades de cálculo para S235, S275, S355, S420, S450 e S460 ao abrigo da EN 1993-1-1, secção 3.2.6, mas esses valores correspondem a valores de normas de cálculo e não a consequências universais de um intervalo de composição química. A forma do produto, a espessura, a condição de fornecimento, a direção de ensaio e o tratamento térmico podem alterar o resultado exigido. Uma tabela de composição define uma janela química. Sem o restante conteúdo da especificação, não certifica a resistência, a tenacidade, a soldabilidade, o desempenho face à corrosão ou o equilíbrio de fases.

Por que razão a composição química, por si só, não determina as propriedades mecânicas

Uma tabela de composição química indica quais os elementos presentes e dentro de que limites. Não indica o historial físico completo do aço. O carbono, o manganês, o silício, o crómio, o níquel, o molibdénio, o vanádio, o nióbio, o titânio, o fósforo, o enxofre e outros elementos influenciam a temperabilidade, a estabilidade das fases, o endurecimento por solução sólida, a formação de carbonetos e o comportamento durante as transformações, mas os seus efeitos dependem da temperatura, da deformação, do arrefecimento e da dimensão da secção.

Esta distinção é central na abordagem dos aços ao carbono e ligados apresentada no ASM Metals Handbook. A ASM afirma que as suas propriedades resultam dos efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. Assim, a designação de um grau identifica uma gama controlada dentro de uma especificação, e não um conjunto universal de valores de resistência à tração, tensão de cedência, alongamento, dureza e tenacidade.

A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, demonstra diretamente este ponto. As suas orientações tabuladas têm em conta o grau, a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e a tensão de cedência mínima pretendida na seleção de barras de aço. Uma entrada relativa apenas à composição não pode desempenhar essas funções. Do mesmo modo, as normas de produto da ASTM separam os requisitos químicos, mecânicos, metalúrgicos e outros requisitos dos materiais aplicáveis aos aços ao carbono, estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados. A AISC estabelece a mesma distinção para produtos estruturais: as especificações ASTM aplicáveis a perfis e chapas de aço contêm, de um modo geral, requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas.

Historial de processamento e tratamento termomecânico

A mesma composição global pode produzir propriedades substancialmente diferentes após diferentes processos de fabrico. A laminagem não é simplesmente uma forma de transformar um lingote em chapa, barra ou perfil. A laminagem a quente deforma a austenite, desfaz a estrutura de fundição, altera a morfologia das inclusões e pode refinar os grãos quando a temperatura de acabamento e o esquema de reduções são controlados. A laminagem controlada a temperaturas inferiores às temperaturas de acabamento convencionais pode favorecer a formação de ferrite fina durante o arrefecimento. O resultado pode apresentar maior tensão de cedência e melhor tenacidade do que um material com a mesma composição química submetido a um processo menos controlado.

A forjagem também altera a estrutura interna. Os grãos grosseiros de fundição e as bandas de segregação podem ser desfeitos pela deformação, enquanto a temperatura de forjagem e a redução determinam a recristalização e o refinamento dos grãos. Duas peças forjadas com análises de panela idênticas podem não apresentar propriedades idênticas se uma delas tiver sido submetida a uma maior redução ou a uma temperatura final de forjagem diferente.

O tratamento térmico cria diferenças ainda maiores. A normalização aquece o aço acima do intervalo de transformação da austenite e depois arrefece-o ao ar, produzindo, em muitos aços ao carbono e de baixa liga, uma estrutura de ferrite-perlite relativamente refinada. O recozimento utiliza, em geral, um arrefecimento mais lento, permitindo obter uma estrutura mais macia, com perlite mais grosseira e menor dureza. A têmpera suprime a transformação por difusão e pode formar martensite, uma fase dura e sobressaturada. O aço temperado é normalmente revenido para reduzir a fragilidade e ajustar a resistência, a dureza, a ductilidade e a tenacidade. A temperatura e o tempo de revenido são importantes; um revenido a baixa temperatura e um revenido a alta temperatura não produzem o mesmo equilíbrio de propriedades.

TemperabilidadeTemperabilidade Capacidade do aço para desenvolver produtos de transformação duros até uma determinada profundidade durante o arrefecimento; é distinta da dureza medida num único ponto.

A velocidade de arrefecimento é influenciada por mais do que o programa do forno. A espessura da secção controla a extração de calor, pelo que a superfície de uma barra espessa pode arrefecer muito mais rapidamente do que o seu centro. Uma chapa fina pode transformar-se quase inteiramente em ferrite e perlite, enquanto o centro de uma secção pesada com a mesma composição pode formar bainite, martensite ou produtos de transformação mistos se a sua velocidade de arrefecimento for suficientemente elevada. A temperabilidade descreve a capacidade de um aço para formar produtos de transformação duros ao longo de uma secção; não é o mesmo que a dureza de um único provete.

O processamento termomecânico também pode produzir propriedades que uma tabela de composição química final não consegue revelar. Um aço pode ser microligado com nióbio, vanádio ou titânio, mas o contributo para o endurecimento depende de estes elementos permanecerem em solução, formarem carbonitretos durante o reaquecimento ou precipitarem durante o arrefecimento controlado. O historial de processamento faz parte da identidade do material.

A microestrutura como elo entre a composição química e as propriedades

Os ensaios mecânicos medem a resposta da microestrutura resultante, e não a composição da tabela periódica considerada isoladamente. A tensão de cedência reflete a resistência ao movimento das deslocações. A resistência à tração depende dos mecanismos que continuam a resistir à deformação durante o escoamento plástico e do início da estricção. O alongamento depende da uniformidade com que o material consegue deformar-se antes da fratura. A dureza reflete a resistência à deformação plástica localizada. A tenacidade depende da iniciação e da propagação de fissuras, incluindo a temperatura, a velocidade de aplicação da carga, a condição do entalhe e a direção do ensaio.

A microestrutura estabelece a ligação entre estas respostas e a composição química. O carbono em solução sólida endurece a ferrite, mas o excesso de carbono também pode formar perlite, cementite ou martensite, consoante o percurso térmico. O manganês e o níquel alteram o comportamento durante as transformações e podem melhorar a temperabilidade ou estabilizar a austenite. O crómio e o molibdénio afetam a temperabilidade e a formação de carbonetos. O silício endurece a ferrite e influencia a desoxidação. Estes efeitos são condicionais, não constantes aditivas que possam ser lidas diretamente numa tabela de composição.

Por exemplo, um aço de baixo teor de carbono arrefecido lentamente a partir da austenite pode conter ferrite e perlite e apresentar resistência moderada com ductilidade útil. O mesmo teor nominal de carbono, após têmpera quando a temperabilidade o permite, pode conter martensite ou bainite e apresentar dureza e resistência muito superiores, geralmente com menor tenacidade no estado não revenido. O revenido altera novamente a martensite, permitindo a redistribuição do carbono e a precipitação de carbonetos. As propriedades finais dependem da sequência completa, incluindo a temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, o meio de têmpera, a dimensão da secção e o ciclo de revenido.

Os produtos de transformação também variam dentro de um único componente. As regiões superficiais podem tornar-se mais duras do que o núcleo, e as zonas afetadas pelo calor da soldadura podem desenvolver microestruturas diferentes das da chapa de base ou do metal de soldadura. Um valor de resistência à tração obtido num determinado local não pode representar automaticamente todos os locais ou direções.

Dimensão dos grãos, equilíbrio de fases e precipitados

A dimensão dos grãos é uma razão direta pela qual a composição química não pode, por si só, fornecer a resistência ou a tenacidade. Os grãos finos de ferrite aumentam geralmente a tensão de cedência através do endurecimento nos contornos de grão e podem melhorar a resistência à fratura por clivagem. Os grãos grosseiros reduzem frequentemente a tenacidade ao impacto a baixa temperatura, embora o resultado medido também dependa da distribuição das fases, das inclusões e da orientação do ensaio. O refinamento dos grãos pode resultar de laminagem controlada, normalização ou precipitação de elementos microligantes que restringe o crescimento dos grãos de austenite.

O equilíbrio de fases é igualmente importante. A ferrite é relativamente macia e dúctil; a perlite é mais resistente, mas menos dúctil; a bainite e a martensite podem proporcionar elevada resistência, sendo a sua tenacidade determinada pela morfologia e pelo revenido. A austenite retida pode transformar-se durante o serviço ou o ensaio, alterando a estabilidade dimensional e o comportamento à deformação. Uma tabela de composição química pode identificar os limites de carbono e dos elementos de liga, mas não pode indicar se o aço acabado contém 20% de perlite, uma matriz bainítica ou martensite revenida sem informações sobre o processamento e a análise metalográfica.

Os precipitados acrescentam outra variável. Os carbonitretos finos de nióbio, vanádio ou titânio podem fixar os contornos dos grãos de austenite e endurecer a ferrite após a transformação. A sua dimensão, densidade numérica, composição e distribuição dependem do reaquecimento, da deformação e do arrefecimento. Os precipitados grosseiros podem contribuir pouco para a resistência, atuando simultaneamente como locais de iniciação de fissuras. Nos aços inoxidáveis, os carbonetos de crómio nos contornos de grão podem reduzir a resistência local à corrosão, mesmo quando a análise global do crómio cumpre o limite do grau.

É por esta razão que as tabelas da SSINA associam a composição em percentagem ponderal às propriedades mecânicas especificadas para os graus de aços inoxidáveis austeníticos abrangidos pelas especificações de produto da ASTM, em vez de tratarem uma tabela como substituto da outra. O Nickel Institute apresenta igualmente os dados químicos, mecânicos, físicos e de especificação como classes de propriedades distintas. O Eurocode 3 enumera as propriedades de cálculo dos aços S235, S275, S355, S420, S450 e S460 ao abrigo da EN 1993-1-1, Secção 3.2.6; esses valores estão associados a uma norma de cálculo aplicável, a uma categoria de produto, à espessura e à utilização em projeto.

As tabelas comparativas, incluindo as do Handbook of Comparative World Steel Standards, podem mostrar relações aproximadas entre designações internacionais, mas não estabelecem equivalência. Comparações representativas de composições, como as publicadas pela Engineering ToolBox, são úteis para orientação, enquanto os limites aplicáveis e os requisitos mecânicos devem ser obtidos na especificação de produto pertinente. A norma aplicável, a forma do produto, a espessura, o tratamento térmico, a direção do ensaio e o método de ensaio determinam o significado de um valor comunicado. A composição química inicia a explicação. Não a encerra.

Tabelas de Propriedades Mecânicas: O Que Significam as Colunas

Uma tabela de propriedades mecânicas não é uma segunda versão de uma tabela de composição química. Indica como se espera, ou se exige, que um produto especificado se comporte num ensaio definido. O resultado depende da designação do aço, da forma do produto, do tratamento térmico, da dimensão da secção, da espessura, do local de amostragem, da direção do ensaio, da temperatura e da norma aplicável.

Esta distinção é importante porque o nome de um grau não constitui uma identidade material completa. A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, organiza a informação sobre aços em barras por grau, composição, condição de processamento, dimensão da secção e limite mínimo de cedência pretendido. Assim, o mesmo grau nominal pode surgir com requisitos de propriedades diferentes quando variam a forma do produto ou as suas dimensões. Uma tabela que apresente um único valor de resistência junto a um grau, sem indicar a especificação do produto, pode ser útil para orientação, mas não constitui uma especificação de controlo.

As normas ASTM relativas aos aços abrangem requisitos químicos, mecânicos, metalúrgicos e outros para aços ao carbono, estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados. A AISC explica igualmente que as especificações para perfis e chapas de aço estrutural contêm, em geral, requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas. Os dois conjuntos de colunas respondem a perguntas diferentes: os limites químicos determinam quais os elementos que podem estar presentes, enquanto os ensaios mecânicos verificam a resposta do produto fornecido.

Limite de cedência e resistência à tração

O limite de cedência é a tensão à qual um provete começa a sofrer uma deformação plástica permanente especificada. Em alguns aços, a curva tensão–deformação apresenta um ponto de cedência superior e inferior distintos. Noutros, a norma utiliza a tensão de prova, normalmente a tensão que produz uma deformação permanente de 0,2%, indicada como $R_{p0.2}$ em muitas normas europeias ou apresentada como limite de cedência pelo método ASTM aplicável. A definição exata deve ser obtida na norma de ensaio e na especificação do produto.

O limite mínimo de cedência indicado numa tabela é um requisito, não uma previsão para todas as peças de aço. Se a ASTM A572/A572M especificar um limite mínimo de cedência para um determinado grau, intervalo de espessura e forma de produto, um resultado de ensaio conforme deve atingir ou exceder esse valor segundo o procedimento especificado. O limite de cedência efetivamente medido pode ser superior. Pode variar em função da corrida, da espessura, da redução durante a laminagem, da velocidade de arrefecimento, da posição de amostragem e da direção do ensaio. Apresentar o valor mínimo como se fosse a propriedade medida elimina esta distinção.

A resistência à tração, também designada resistência máxima à tração, é a tensão nominal máxima atingida durante um ensaio de tração. É calculada dividindo a carga máxima aplicada pela área da secção transversal original do provete. Após a carga máxima, pode ocorrer estricção localizada e a tensão nominal pode diminuir, mesmo enquanto o material continua a deformar-se até à fratura.

A resistência máxima à tração não é o mesmo que a resistência de cálculo. Um valor de cálculo estrutural é obtido através do código de dimensionamento aplicável, que pode utilizar coeficientes de resistência, coeficientes parciais, regras relativas à encurvadura, disposições para ligações e limites dependentes da espessura. O Eurocode 3, EN 1993-1-1, secção 3.2.6, apresenta propriedades dos materiais de cálculo para S235, S275, S355, S420, S450 e S460. Esses valores pertencem a um quadro de dimensionamento; não devem ser copiados para uma coluna genérica de “resistência à tração” nem tratados como resultados diretos de ensaios.

O próprio ensaio impõe determinadas condições. A ASTM E8/E8M e a ISO 6892-1 especificam pormenores como a geometria do provete, o comprimento de referência, a velocidade de aplicação da carga, a medição da deformação e o cálculo. Uma chapa, uma barra, um tubo e um forjado podem ter locais e orientações admissíveis diferentes para a recolha dos provetes. Os resultados longitudinais e transversais não são permutáveis, sobretudo em produtos laminados, nos quais as inclusões, a textura e as microestruturas bandadas criam diferenças direcionais.

A composição química, por si só, não pode determinar o resultado. O Metals Handbook da ASM International descreve as propriedades dos aços ao carbono e ligados como efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. O carbono, o manganês, o crómio, o níquel, o molibdénio e outros elementos afetam a temperabilidade e a formação de fases, mas a laminagem, a têmpera, o revenido, a normalização, a precipitação e o historial de arrefecimento determinam a forma como esse potencial se manifesta.

Alongamento, redução de área e ductilidade

O alongamento mede a extensão plástica antes da fratura. É geralmente apresentado sob a forma de percentagem:

$$A=\frac{L_f-L_0}{L_0}\times 100$$

Comprimento de referênciaComprimento de referência Comprimento inicial marcado de um provete de ensaio de tração sobre o qual é medida a extensão.

em que $L_0$ é o comprimento de referência original e $L_f$ é o comprimento de referência após a fratura, depois de as partes fraturadas serem cuidadosamente ajustadas. O valor só é significativo quando acompanhado do comprimento de referência e do tipo de provete. Um “alongamento de 20%” não indica se o resultado foi obtido com um comprimento de referência proporcional, um comprimento de referência de 50 mm, um provete de dimensões reduzidas ou outra configuração.

É por isso que os valores de alongamento de normas diferentes podem parecer inconsistentes, mesmo quando os aços são semelhantes. Comprimentos de referência mais curtos tendem a captar uma contribuição maior da estricção localizada e podem produzir uma percentagem superior à de comprimentos de referência mais longos. A espessura do produto também afeta a geometria possível do provete e, por vezes, o alongamento mínimo especificado. Por conseguinte, as tabelas devem preservar a designação do ensaio e o comprimento de referência, em vez de apresentarem o alongamento como uma constante universal do grau.

A redução de área mede a perda de área da secção transversal no local da fratura:

$$Z=\frac{A_0-A_f}{A_0}\times 100$$

em que $A_0$ é a área original e $A_f$ é a menor área final. É especialmente sensível à deformação plástica localizada e fornece informação diferente da do alongamento. Um aço pode apresentar uma redução de área considerável, embora o seu alongamento seja diferente, porque as duas medições respondem de forma distinta à deformação uniforme, à estricção, à geometria do provete e ao local da fratura.

Ambas as medidas são indicadores de ductilidade, mas a ductilidade não é uma constante material única. Inclui a capacidade de suportar deformação plástica sem fissurar sob um determinado estado de tensão, temperatura, velocidade de deformação e geometria. Um resultado de alongamento à tração não pode estabelecer a resistência à fissuração por hidrogénio, à fissuração por dobragem, à fissuração na zona termicamente afetada pela soldadura ou à fratura sob a ação de um entalhe. Do mesmo modo, um alongamento elevado não significa automaticamente uma elevada tenacidade.

As tabelas da SSINA relativas aos graus de aços inoxidáveis austeníticos ilustram o formato adequado: a composição em percentagem ponderal é apresentada separadamente das propriedades mecânicas especificadas nas normas ASTM de produto relevantes. O Nickel Institute separa igualmente a composição química, as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e os dados de especificação. Uma tabela comparativa pode colocar estas categorias em páginas adjacentes, mas a sua proximidade não as torna permutáveis.

Dureza, tenacidade ao impacto e dados relacionados com a fadiga

A dureza é a resistência à deformação plástica localizada, normalmente medida pelos métodos Brinell, Rockwell, Vickers ou Knoop. Um valor como HBW 190, 90 HRB ou 210 HV é incompleto sem a escala, o indentador, a força aplicada e a norma de ensaio. O estado da superfície, a curvatura, a descarburação, o revestimento e a microestrutura local podem alterar a leitura.

As conversões entre dureza e resistência à tração são correlações, não leis físicas. São geralmente desenvolvidas para determinadas famílias de aços e intervalos de dureza. Uma conversão pode ser inadequada para aço inoxidável austenítico, aço-ferramenta fortemente ligado, material endurecido superficialmente, metal de soldadura ou um produto com um gradiente de dureza acentuado. As tabelas de conversão ASTM não devem substituir o ensaio de tração especificado quando a resistência à tração controla a aceitação ou o dimensionamento.

A energia de impacto mede a energia absorvida por um provete entalhado durante uma fratura súbita, normalmente através do ensaio Charpy com entalhe em V, segundo a ASTM E23 ou uma norma equivalente. O valor apresentado depende da orientação do provete, da geometria do entalhe, da temperatura, das dimensões e do procedimento de ensaio. Um resultado Charpy como 27 J a −20 °C descreve essa condição de ensaio; não é uma constante universal de tenacidade.

A energia de impacto também deve ser distinguida da tenacidade à fratura. A tenacidade à fratura, frequentemente apresentada como $K_{\mathrm{IC}}$, $J_{\mathrm{IC}}$ ou um parâmetro relacionado, caracteriza a resistência à propagação de fissuras na extremidade de uma fissura, sob uma geometria de provete, espessura, modo de carregamento e condição de confinamento definidos. A energia Charpy pode apoiar a triagem de materiais e o controlo da qualidade, mas não pode substituir diretamente um valor de tenacidade à fratura em deformação plana.

Os dados de fadiga descrevem o comportamento sob tensão repetida ou variável. Uma curva S–N relaciona a amplitude da tensão com o número de ciclos até à falha, enquanto uma curva de propagação de fissuras relaciona normalmente $\mathrm{da}/\mathrm{dN}$ com o intervalo do fator de intensidade de tensão $\Delta K$, como na ASTM E647. Os resultados dependem da razão de tensões, da frequência, do acabamento superficial, das tensões residuais, do ambiente, da dimensão do provete, da condição do entalhe e da definição de falha. Assim, uma única resistência à fadiga numa tabela não tem significado, a menos que essas condições a acompanhem.

O Handbook of Comparative World Steel Standards mantém separadas as comparações de composição química e as comparações de propriedades mecânicas por este motivo. As correspondências entre graus de normas diferentes podem indicar uma composição pretendida semelhante, mas não comprovam um limite de cedência, desempenho ao impacto, comportamento à fadiga ou requisitos de aceitação idênticos. Uma tabela responsável indica a norma aplicável, a forma do produto, o intervalo de espessura ou de secção, o método de ensaio, a direção, a temperatura e se cada valor constitui um requisito mínimo, um resultado medido, um valor típico ou um parâmetro de cálculo.

Espessura, dimensão da secção, forma do produto e direção do ensaio

A designação de uma qualidade de aço não identifica um conjunto único e fixo de propriedades mecânicas. A tensão de cedência, a resistência à tração, a extensão, a energia de impacto, a dureza e a variação permitida podem depender da espessura, da dimensão da secção transversal, da forma do produto, do tratamento térmico e da direção do ensaio. Por conseguinte, uma tabela que indique “AISI 4140” ou “S355” sem esses qualificadores está incompleta, mesmo quando a sua análise química está aproximadamente correta.

Requisitos de resistência dependentes da espessura

A espessura altera a história térmica de um produto de aço. Uma chapa fina arrefece rapidamente após a laminagem ou a normalização; um forjado pesado ou uma chapa espessa arrefece mais lentamente, permitindo diferentes transformações de fase, crescimento dos grãos e efeitos de segregação. A microestrutura resultante pode alterar a resistência e a tenacidade, mesmo quando a análise da corrida permanece dentro dos mesmos limites de composição. A ASM International descreve as propriedades dos aços ao carbono e dos aços ligados como o resultado combinado da composição química, do processamento e da microestrutura. A química é apenas uma parte da especificação.

Consequentemente, muitas normas de produto reduzem a tensão mínima de cedência especificada à medida que a espessura aumenta. A razão não é meramente geométrica. Uma secção espessa é mais difícil de arrefecer uniformemente, e a sua zona central pode não sofrer o mesmo refinamento ou transformação que a sua superfície. Assim, uma tabela que atribua um único valor de tensão de cedência a todas as espessuras pode sobrestimar o requisito aplicável a material espesso ou subestimar as diferenças entre categorias dimensionais.

Limite de elasticidade nominal até 16 mm (MPa)Limite de elasticidade acima de 16 mm e até 40 mm (MPa)

O Eurocode 3 ilustra este ponto através da sua tabela de propriedades de cálculo para S235, S275, S355, S420, S450 e S460 na EN 1993-1-1, secção 3.2.6. A tensão nominal de cedência tabelada está associada à espessura nominal, aplicando-se valores inferiores à medida que a espessura aumenta. Assim, “S355” não significa que todos os produtos e todas as espessuras tenham uma tensão de cedência de cálculo de 355 MPa. A designação identifica uma classe no âmbito de uma norma europeia aplicável; a espessura determina o valor que se aplica.

A mesma cautela se aplica aos produtos ASTM. A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, apresenta orientações para a seleção de barras por qualidade, composição química, condição de processamento, dimensão da secção e tensão mínima de cedência pretendida. Esta estrutura é significativa. Demonstra que uma entrada relativa a uma qualidade não constitui uma especificação completa do material, a menos que o leitor saiba também se a barra foi recozida, normalizada, temperada e revenida, ou fornecida noutra condição indicada, bem como o diâmetro ou a dimensão equivalente da secção aplicável.

Por conseguinte, uma tabela de propriedades mecânicas deve preservar o intervalo de espessura ou de dimensão indicado na norma de origem. Substituir vários intervalos por um único valor “típico” torna a tabela mais fácil de ler, mas menos fiel à especificação.

Barras, chapas, perfis, peças forjadas e folhas

A forma do produto não é uma designação meramente estética. Identifica uma rota de fabrico diferente, e essa rota controla o fluxo dos grãos, o estado da superfície, as tensões residuais, a distribuição das inclusões e as propriedades mecânicas alcançáveis.

As barras são normalmente produzidas por laminagem a quente, acabamento a frio ou maquinagem a partir de produtos laminados de maiores dimensões. Os seus requisitos podem ser organizados por diâmetro, largura ou área da secção transversal. A ASTM A400 é particularmente útil neste contexto, porque não apresenta as qualidades das barras como simples designações químicas isoladas; relaciona a composição e as orientações relativas à tensão mínima de cedência com a condição de processamento e a dimensão da secção. A uma barra de 4140 na condição recozida não podem ser atribuídos os mesmos valores de resistência que a uma barra de 4140 temperada e revenida apenas porque ambas contêm quantidades nominais semelhantes de crómio, molibdénio, carbono e manganês.

As chapas e os perfis estruturais seguem práticas de laminagem diferentes. A AISC explica que as especificações ASTM para perfis e chapas de aço estrutural incluem geralmente requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas. A ASTM A572/A572M, por exemplo, rege o aço estrutural microligado de alta resistência em produtos como chapas, perfis e barras, mas os requisitos aplicáveis continuam a depender do produto e da designação da qualidade indicados na especificação de compra. Um valor indicado para um perfil estrutural laminado não deve ser automaticamente transferido para uma chapa espessa da mesma qualidade nominal.

A folha tem os seus próprios requisitos de conformação e de superfície. As propriedades mecânicas da folha reduzida a frio podem ser controladas pelo grau de encruamento, pela qualidade de conformação ou pela condição de endurecimento por cozedura, enquanto a folha laminada a quente pode estar abrangida por uma especificação e um intervalo de espessuras distintos. Do mesmo modo, “aço inoxidável 304” é, por si só, insuficiente: os requisitos da ASTM A240/A240M para chapas, folhas e bandas não são intercambiáveis com os requisitos da ASTM A276/A276M para barras ou da ASTM A182/A182M para componentes forjados. As tabelas da SSINA associam a composição em percentagem ponderal às propriedades mecânicas especificadas para as qualidades de aços inoxidáveis austeníticos abrangidas pelas especificações de produto ASTM, mas essas propriedades continuam associadas à norma de produto aplicável.

As peças forjadas introduzem outra distinção. A deformação por forjamento pode refinar os grãos e produzir um fluxo direcional, enquanto o tratamento térmico final pode ser especificado separadamente daquele utilizado para chapas ou barras. Os elementos de fixação acrescentam ainda outras condições, incluindo a conformação a frio da cabeça, a geometria da rosca, a carga de prova e o tratamento térmico. Uma tabela de composição de um aço ao carbono ou de um aço ligado pode apresentar uma correspondência plausível, mas a especificação do elemento de fixação pode impor requisitos mecânicos ausentes de uma norma geral para barras.

É por isso que as referências comparativas devem ser lidas com atenção. O Handbook of Comparative World Steel Standards separa as comparações de composição química das comparações de propriedades mecânicas entre sistemas internacionais de designação. Uma correspondência química entre duas designações não prova que as respetivas normas de produto, intervalos de espessura, tratamentos térmicos ou requisitos de ensaio sejam equivalentes.

Comportamento longitudinal, transversal e através da espessura

A laminagem alonga os grãos, orienta as inclusões e redistribui a segregação. Consequentemente, uma chapa ou barra pode apresentar propriedades diferentes ao longo do seu comprimento, ao longo da sua largura e através da sua espessura. A direção longitudinal é geralmente paralela à principal direção de laminagem ou de extrusão; a direção transversal é perpendicular a esta no plano do produto; o ensaio através da espessura recolhe amostras na direção transversal curta.

A resistência à tração pode diferir moderadamente entre direções, mas a extensão, a redução de área, a tenacidade ao impacto e o aspeto da fratura podem diferir de forma mais significativa. As inclusões alongadas de sulfureto de manganês, por exemplo, podem atuar como trajetos de menor resistência na direção transversal curta. As chapas espessas podem também sofrer segregação na linha central ou uma resistência reduzida ao rasgamento lamelar, um modo de falha associado à deformação por tração através da espessura da chapa.

Um resultado de tração longitudinal não deve ser apresentado como se garantisse ductilidade transversal. Do mesmo modo, um valor de impacto Charpy medido numa determinada orientação não deve ser transferido para outra sem verificar as regras da norma relativas à amostragem e à orientação do entalhe. As normas de produto especificam frequentemente se os provetes devem ser longitudinais ou transversais, o local de onde devem ser retirados e de que forma a espessura afeta a orientação permitida. Esses pormenores podem alterar a extensão, a tenacidade e a anisotropia indicadas.

A regra prática é direta: registar conjuntamente a qualidade, a norma aplicável, a forma do produto, a espessura ou a dimensão da secção, a condição de processamento e a direção do ensaio. Sem esta cadeia de identificação, uma tabela de composição pode ser quimicamente informativa, enquanto o valor de propriedade mecânica que a acompanha pertence a um produto de aço diferente.

Aços-carbono e aços ligados em tabelas comparativas

Uma tabela de aços pode responder a várias perguntas diferentes, mas não através da mesma coluna. Uma tabela de composição química apresenta limites ou intervalos para elementos como carbono, manganês, silício, crómio, níquel, molibdénio, fósforo e enxofre. Uma tabela de temperabilidade descreve até que profundidade um aço pode desenvolver dureza sob uma superfície temperada. Uma tabela de propriedades mecânicas apresenta valores especificados ou ensaiados de tensão de cedência, resistência à tração, alongamento, dureza, energia de impacto ou dados de fadiga. Confundir estas funções é uma razão comum para que as páginas de comparação de qualidades apresentem limites incorretos.

A designação da qualidade, por si só, não resolve a questão. A norma ASTM A400, Prática normalizada para barras de aço: guia de seleção, composição e propriedades mecânicas, organiza os aços para barras por qualidade, composição química, condição de processamento, dimensão da secção e tensão de cedência mínima pretendida. Esta estrutura constitui um alerta contra tratar o nome de uma qualidade como uma identidade material completa. Uma tabela pode comparar corretamente a composição química e, ainda assim, atribuir uma resistência incorreta, porque o valor indicado se aplica a uma forma de produto, tratamento térmico, diâmetro ou espessura diferentes.

Intervalos de composição dos aços-carbono

Os aços-carbono são geralmente organizados em função do teor de carbono e das quantidades relativamente pequenas de outros elementos de liga. Numa tabela comparativa, uma qualidade de baixo teor de carbono pode situar-se aproximadamente entre 0,05–0,25 % em massa de C, uma qualidade de médio teor de carbono entre 0,25–0,60 % em massa de C, e uma qualidade de alto teor de carbono acima de cerca de 0,60 % em massa de C. Estes são intervalos de classificação, não limites universais de especificação. Os valores-limite variam entre referências técnicas, sistemas nacionais, normas de produto e utilizações históricas.

A tabela comparativa da Engineering ToolBox coloca lado a lado qualidades de aço representativas, utilizando percentagens em massa de carbono, crómio, manganês, molibdénio, níquel, fósforo, enxofre e silício. É útil para observar relações químicas gerais: um aço-carbono simples contém geralmente pouco crómio, níquel ou molibdénio adicionado intencionalmente, enquanto um aço de baixa liga contém adições controladas de um ou mais destes elementos. A tabela não deve ser copiada como composição química vinculativa para uma especificação de compra ou para um certificado de corrida. Os valores representativos mostram uma família de qualidades típica; uma norma especifica um intervalo admissível, um limite máximo ou mínimo, ou um limite para elementos residuais.

Mesmo “aço-carbono” não significa que o carbono seja o único elemento controlado. O manganês afeta a resistência e a temperabilidade, o silício pode ser utilizado para desoxidação e reforço, e o fósforo e o enxofre são habitualmente limitados porque quantidades excessivas podem prejudicar a tenacidade, a ductilidade, a soldabilidade ou o comportamento durante o trabalho a quente. A especificação de produto ASTM, EN, JIS ou outra aplicável determina quais os limites que se aplicam. As normas ASTM para aços abrangem requisitos químicos, mecânicos, metalúrgicos e materiais relativos a aços-carbono, estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados; por conseguinte, a designação só tem significado no âmbito da norma aplicável e da categoria de produto correspondente.

O teor de carbono também não pode ser convertido diretamente numa resistência à tração garantida. A mesma composição química nominal pode produzir propriedades diferentes após laminação a quente, normalização, têmpera e revenido, recozimento ou acabamento a frio. A ASM International descreve as propriedades dos aços-carbono e dos aços ligados como o resultado combinado da composição química, do processamento e da microestrutura. A dimensão do grão, o espaçamento da perlita, a fração de martensite, a distribuição dos carbonetos, as tensões residuais e a condição de revenido podem alterar o resultado medido sem alterar a designação da qualidade.

Reforço e temperabilidade dos aços de baixa liga

Os aços de baixa liga utilizam adições controladas, para além da base carbono–manganês, a fim de alterar a resistência, a temperabilidade, a tenacidade, a resistência ao revenido, o comportamento ao desgaste ou o desempenho a alta temperatura. “Baixa liga” é uma descrição de classificação, não uma garantia de um determinado nível de resistência. Um aço de crómio-molibdénio com 0,30 % de C e um aço estrutural normalizado podem ambos surgir numa tabela de aços ligados, mas são especificados e ensaiados para finalidades diferentes.

A resistência pode aumentar através de vários mecanismos. Os elementos de liga podem refinar a dimensão do grão, aumentar o reforço por solução sólida, formar carbonetos ou nitretos, ou permitir uma maior fração de martensite após o arrefecimento. O processamento determina se esses mecanismos são efetivamente desenvolvidos. Um aço do tipo 4140 temperado e revenido pode apresentar resistência e dureza muito superiores às da mesma composição química na condição recozida, enquanto uma condição normalizada pode proporcionar um equilíbrio diferente entre ductilidade e tenacidade.

A temperabilidade não é o mesmo que a dureza. A dureza é a resistência medida num determinado local ou numa superfície de ensaio. A temperabilidade é a capacidade do aço para formar produtos de transformação duros até uma determinada profundidade durante o arrefecimento. A obra Dados práticos para metalurgistas, da Metallus, apresenta aços normalizados juntamente com composições químicas, informações sobre temperabilidade e tolerâncias dimensionais, demonstrando por que razão estes dados devem constar de campos separados numa tabela. Uma curva de têmpera final Jominy, por exemplo, indica a dureza em função da distância à extremidade temperada; por si só, não certifica a tensão de cedência de uma barra acabada.

A dimensão da secção é importante porque o centro de uma barra espessa arrefece mais lentamente do que a superfície. Um aço com temperabilidade suficiente para uma secção de 25 mm pode não alcançar a mesma estrutura transformada ao longo de uma secção de 100 mm. O meio de têmpera, a agitação, a prática de forno, a dimensão do grão de austenite prévia e o revenido também afetam o resultado. Consequentemente, uma tabela que indique “dureza típica” sem especificar a condição, a dimensão da secção e o local de ensaio fornece dados comparativos, não uma propriedade garantida.

Os requisitos relativos às propriedades mecânicas são controlados pela especificação do produto. A AISC explica que as especificações ASTM para perfis estruturais e chapas contêm geralmente requisitos tanto de composição química como de propriedades mecânicas. Esses requisitos podem incluir tensão de cedência mínima, resistência à tração, alongamento e, por vezes, tenacidade ao impacto. O valor exigido pode variar com a espessura. O Eurocode 3, EN 1993-1-1, Secção 3.2.6, apresenta propriedades dos materiais de cálculo para S235, S275, S355, S420, S450 e S460; estes são valores de normas de cálculo associados à designação estrutural relevante, e não propriedades universais de qualquer aço que tenha uma numeração semelhante noutro contexto.

O papel do crómio, do níquel, do molibdénio e do manganês

O crómio aumenta a temperabilidade e pode contribuir para a formação de carbonetos, a resistência ao desgaste, a resistência à oxidação e a resistência à corrosão. A quantidade e a condição metalúrgica são importantes. Uma adição moderada de crómio num aço de baixa liga temperado e revenido não o torna equivalente a uma qualidade inoxidável. As classificações dos aços inoxidáveis exigem um teor de crómio suficiente, juntamente com os limites aplicáveis de carbono e de outros elementos, para proporcionar a estrutura especificada resistente à corrosão.[5][5] Properties of Some Metals and Alloys. Nickel Institute. Nickel Institute technical guide.

O níquel aumenta a temperabilidade e a tenacidade, particularmente a baixa temperatura, e favorece estruturas austeníticas em composições adequadas. É importante nos aços de baixa temperatura ligados com níquel e nos aços inoxidáveis austeníticos, mas a sua presença, por si só, não estabelece nenhuma destas categorias. O Nickel Institute separa a composição química, as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e as especificações na sua referência tabular, constituindo um modelo útil para manter distintos estes tipos de evidência.

O molibdénio melhora a temperabilidade e ajuda a conservar a resistência durante o revenido. Pode também reduzir determinados riscos de fragilização por revenido e favorecer o desempenho a alta temperatura. Nos aços de crómio-molibdénio, o seu efeito depende do teor de carbono, do teor de crómio, do tratamento térmico e da dimensão da secção, e não de uma única percentagem apresentada numa tabela comparativa.

O manganês é comum nos aços-carbono e nos aços de baixa liga. Contribui para o reforço por solução sólida, combina-se com o enxofre para reduzir os efeitos nocivos do sulfureto de ferro e aumenta a temperabilidade. Em excesso, contudo, pode afetar a soldabilidade e o comportamento durante as transformações. O seu intervalo especificado deve, por conseguinte, ser analisado em conjunto com o carbono, o enxofre, o silício e a condição de processamento.

O Manual comparativo das normas internacionais de aços mantém separadas as tabelas comparativas de composições químicas das tabelas relativas a propriedades mecânicas nos sistemas internacionais de designação. Essa separação é essencial. Uma designação semelhante pode indicar uma comparação útil da composição, mas não comprova a equivalência da tensão de cedência, da tenacidade, da temperabilidade ou da resposta ao tratamento térmico. A norma aplicável, a forma do produto, a espessura, a condição de fornecimento, a direção de ensaio e o método de ensaio indicado determinam o significado do número apresentado.

Tabelas de Composição e Propriedades do Aço Inoxidável

Uma tabela de aço inoxidável só é útil quando o seu âmbito está claramente definido. “Aço inoxidável 304”, por exemplo, identifica uma família de ligas amplamente reconhecida, mas, por si só, não indica se o material é chapa, placa, barra, tubo, peça forjada ou um produto fornecido ao abrigo da ASTM A240, ASTM A276, ASTM A479, ASTM A213 ou de outra especificação. Essas normas podem impor requisitos diferentes para o produto, regras de tratamento térmico, dimensões, disposições relativas aos ensaios e limites das propriedades mecânicas.

Esta distinção separa uma tabela de composição de uma tabela de propriedades. Uma tabela de composição apresenta os intervalos permitidos, em percentagem mássica, para elementos como crómio, níquel, carbono, manganês, silício, molibdénio, fósforo, enxofre e azoto. Uma tabela de propriedades mecânicas apresenta valores como a resistência mínima à tração, a tensão de cedência, o alongamento ou a dureza para um produto e uma condição especificados. A ASTM A400 salienta este ponto mais amplo no caso das barras de aço: a seleção depende do grau, da composição química, da condição de processamento, da dimensão da secção e da tensão de cedência mínima exigida. O nome de um grau é, portanto, uma indicação de identificação, não uma especificação completa do material.

A SSINA publica tabelas de composição e propriedades mecânicas especificadas para graus de aço inoxidável austenítico abrangidos pelas especificações de produtos da ASTM. O Stainless Steel Handbook da Outokumpu também separa a composição química dos graus dos dados mecânicos e físicos. Estas referências são valiosas porque mostram os limites de uma comparação baseada em tabelas: a composição química pode identificar uma família de ligas, enquanto o requisito relativo às propriedades pertence a uma norma de produto específica e a uma condição de fornecimento específica.

Famílias de aços inoxidáveis austeníticos, ferríticos, martensíticos e outras

Os aços inoxidáveis austeníticos, incluindo 304, 304L, 316, 316L, 321, 347 e 310S, são geralmente identificados por composições de crómio-níquel ou de crómio-níquel-molibdénio e por uma microestrutura austenítica à temperatura ambiente. Normalmente, não são endurecidos por têmpera da mesma forma que os graus martensíticos. A sua resistência pode, ainda assim, variar substancialmente com o trabalho a frio, sobretudo em chapa e banda.

Os graus ferríticos, como 430 e 409, são principalmente aços ao crómio com pouco ou nenhum níquel adicionado intencionalmente. A sua estrutura ferrítica cúbica de corpo centrado influencia a resposta magnética, a soldabilidade, a tenacidade e o comportamento durante a conformação. Os graus martensíticos, incluindo 410, 420 e 440C, contêm carbono e elementos de liga em quantidade suficiente para responder à austenitização e à têmpera. A sua dureza e resistência dependem fortemente do tratamento térmico, pelo que uma tabela que apresente apenas a composição química nominal não pode representar o material tal como fornecido.

Outras famílias incluem graus endurecíveis por precipitação, como 17-4 PH, graus duplex, como 2205, e graus superduplex, como 2507. Os aços inoxidáveis duplex combinam fases ferrítica e austenítica; o equilíbrio entre fases depende da composição química, do recozimento de solubilização, do arrefecimento e da espessura do produto. Uma tabela de “2205” que omita a especificação de produto aplicável e o tratamento térmico pode, portanto, ocultar um requisito metalúrgico importante.

Os próprios sistemas de designação também diferem. As referências ASTM e UNS identificam habitualmente o 304 como UNS S30400 e o 316 como UNS S31600, enquanto as variantes de baixo teor de carbono são 304L, UNS S30403, e 316L, UNS S31603. As designações europeias, como X5CrNi18-10 e X2CrNiMo17-12-2, estão relacionadas, mas não são automaticamente permutáveis com todas as designações de produtos ASTM. O Handbook of Comparative World Steel Standards mantém separadas as tabelas comparativas de composição química e de propriedades mecânicas por esta razão. Designações semelhantes não estabelecem limites idênticos.

Crómio, níquel, molibdénio, carbono e azoto

O crómio é o elemento de liga característico do aço inoxidável, porque favorece a formação de uma fina película passiva rica em crómio. Uma tabela de composição pode apresentar um teor mínimo de crómio, mas o desempenho relativamente à corrosão também depende do estado da superfície, do ambiente, do tratamento térmico, das inclusões, das zonas soldadas e da exposição a cloretos ou ácidos. A resistência à corrosão não é uma propriedade mecânica única, como a tensão de cedência ou o alongamento, e não deve ser apresentada na mesma coluna que a resistência à tração sem indicar o método de ensaio e as condições de exposição.

O níquel estabiliza a austenite e influencia o equilíbrio entre fases, a tenacidade, a ductilidade e o comportamento de endurecimento por deformação. Dois graus austeníticos nominalmente semelhantes podem ter limites diferentes de níquel, produzindo diferentes níveis de estabilidade durante a conformação ou a soldadura. O molibdénio melhora a resistência à corrosão localizada em muitos ambientes que contêm cloretos. Assim, o 316 e o 304 não são permutáveis apenas por serem ambos aços inoxidáveis austeníticos de crómio-níquel; o 316 inclui uma adição controlada de molibdénio, ao passo que o 304 não tem esse mesmo requisito de molibdénio.

O carbono é importante tanto do ponto de vista químico como metalúrgico. Os graus “L”, como 304L e 316L, limitam o teor máximo de carbono em comparação com os seus equivalentes de teor de carbono normal. Um teor de carbono mais baixo reduz o risco de precipitação de carbonetos de crómio durante a soldadura e da subsequente corrosão intergranular, embora o resultado final continue a depender da prática de soldadura, da espessura da secção, do historial térmico e do tratamento pós-soldadura. Os graus estabilizados introduzem outra distinção: o 321 utiliza titânio, enquanto o 347 utiliza colúmbio (nióbio), para fixar o carbono e reduzir o risco de sensibilização nas condições especificadas.

O azoto pode ser controlado deliberadamente, em vez de ser tratado como uma impureza incidental. Reforça o aço inoxidável austenítico e contribui para a resistência à corrosão e para o equilíbrio entre fases nos graus duplex. Uma tabela que compare apenas o crómio e o níquel pode não detetar uma diferença relevante entre dois graus. O carbono, o azoto, o molibdénio e os elementos estabilizadores podem ser a razão pela qual designações de aspeto semelhante apresentam requisitos diferentes relativamente à resistência, à soldabilidade ou aos ensaios de corrosão.

As tabelas de comparação representativas, incluindo as publicadas pela Engineering ToolBox, podem ajudar a mostrar tendências gerais nos teores de carbono, crómio, manganês, molibdénio, níquel, fósforo, enxofre e silício. Não substituem a especificação aplicável. O intervalo permitido na ASTM A240 pode diferir do previsto na ASTM A276 ou numa norma de produto EN equivalente.

Requisitos das especificações para graus de aço inoxidável austenítico

Para um grau austenítico, uma tabela completa deve identificar, no mínimo, a norma, a forma do produto, o grau, a condição de tratamento térmico, o intervalo de espessura ou de secção, a direção do ensaio e o método de ensaio aplicável. A ASTM A240 abrange placas, chapas e bandas de aço inoxidável de crómio e de crómio-níquel para recipientes sob pressão e aplicações gerais; a ASTM A276 abrange barras e perfis de aço inoxidável; a ASTM A479 abrange barras e perfis para recipientes sob pressão e aplicações gerais; e a ASTM A213 abrange tubos sem costura de aço-liga ferrítico e austenítico para caldeiras, sobreaquecedores, permutadores de calor e condensadores. O facto de a mesma designação de grau aparecer nestes documentos não significa que todos os requisitos mecânicos sejam idênticos.

As especificações austeníticas indicam normalmente a resistência mínima à tração, a tensão de cedência mínima e o alongamento mínimo, mas esses valores correspondem ao produto e à espessura especificados. A banda laminada a frio pode ter uma resistência superior à de uma placa recozida devido à deformação. As propriedades das barras podem variar em função do diâmetro e do tratamento térmico. A direção do ensaio pode ser relevante quando se desenvolve anisotropia resultante da laminagem ou da trefilagem. Os limites de dureza podem complementar, e não substituir, os ensaios de tração.

As normas de produtos ASTM também impõem requisitos para além da composição química e dos ensaios de tração, incluindo recozimento de solubilização, têmpera, dimensão do grão, ensaios de corrosão intergranular, exames hidrostáticos ou não destrutivos e tolerâncias dimensionais, quando aplicável. A AISC observa que as especificações ASTM para aços estruturais contêm, em geral, requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas; o mesmo princípio se aplica aos produtos de aço inoxidável, embora os requisitos individuais dependam da norma de produto.

O Nickel Institute organiza as referências relativas às ligas em tabelas químicas, mecânicas, físicas e de especificações separadas. Essa organização é mais fiável do que atribuir uma única resistência à tração universal ou uma única classificação de resistência à corrosão a um grau. Os dados da ASTM, da SSINA e da Outokumpu devem ser lidos como informação associada a especificações: a composição química define a liga permitida, enquanto o processamento e a microestrutura determinam grande parte do comportamento do material fornecido. Uma tabela que omita essas ligações pode ser organizada, mas não constitui um registo suficiente do material.

Tabelas de Aços Estruturais e Valores de Dimensionamento

As tabelas de aços estruturais colocam frequentemente S235, S275, S355, S420, S450 e S460 numa progressão ordenada de resistência. Essa apresentação é útil, mas incompleta. A designação identifica uma classe de aço estrutural dentro de um sistema de normas; por si só, não define uma análise química universal, uma forma de produto, um tratamento térmico, um intervalo de espessuras ou um resultado de ensaio certificado.

A tabela de materiais do Eurocódigo 3 é uma referência para materiais de dimensionamento, não uma tabela de aquisição ou de composição química. Os seus valores estão associados à EN 1993-1-1, Secção 3.2.6, e devem ser lidos em conjunto com a norma de produto aplicável. Uma chapa, um perfil laminado a quente, um perfil tubular, um componente forjado e um elemento de fixação podem apresentar designações relacionadas, embora sejam regidos por requisitos diferentes.

S235, S275, S355, S420, S450 e S460

O “S” destas designações europeias significa aço estrutural, enquanto o número seguinte identifica convencionalmente a tensão nominal mínima de cedência, em megapascais, para uma espessura de referência especificada, normalmente para materiais até 16 mm. Assim, S235 corresponde a 235 MPa, S275 corresponde a 275 MPa e S355 corresponde a 355 MPa segundo essa convenção. S420, S450 e S460 indicam, de forma semelhante, níveis nominais de tensão de cedência de 420, 450 e 460 MPa.

Esses números não são constantes para todas as espessuras. À medida que a espessura aumenta, a tensão mínima especificada de cedência pode diminuir, porque os produtos mais espessos arrefecem de forma diferente durante o fabrico e podem desenvolver propriedades menos favoráveis ao longo da espessura. Na tabela de dimensionamento da EN 1993-1-1, os valores nominais para materiais até 16 mm são, respetivamente, 235, 275, 355, 420, 450 e 460 MPa. O valor permitido para o dimensionamento diminui nas gamas de maior espessura. Por exemplo, os valores habitualmente utilizados para espessuras superiores a 16 mm e até 40 mm são aproximadamente 225 MPa para S235, 265 MPa para S275, 345 MPa para S355, 400 MPa para S420, 430 MPa para S450 e 440 MPa para S460. O valor exato deve ser obtido na tabela aplicável e na norma do material, não inferido por interpolação.

A resistência à tração é um requisito distinto. Os intervalos representativos de valores mínimos a máximos associados a estas classes incluem aproximadamente 360–510 MPa para S235, 370–530 MPa para S275, 470–630 MPa para S355, 520–680 MPa para S420, 550–720 MPa para S450 e 540–720 MPa para S460, dependendo do tipo de produto, da espessura e da condição de fornecimento. Os intervalos sobrepõem-se. S460 não é simplesmente definido por apresentar uma resistência à tração 105 MPa superior à de S355, e um resultado de ensaio próximo do limite superior do intervalo de S355 não transforma esse material em S460.

Os sufixos também transmitem informação. Designações como S355JR, S355J0 e S355J2 incluem requisitos de tenacidade ao impacto associados à temperatura de ensaio e à energia absorvida. Designações como S355N ou S355M identificam condições de fornecimento no âmbito da família EN 10025. Assim, uma designação sem o respetivo sufixo pode omitir informação necessária para distinguir a tenacidade, o processo de fabrico e a conformidade com a especificação.

A composição química continua a ser importante, mas não explica toda a tabela. A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, organiza a seleção por classe, composição química, condição de processamento, dimensão da secção e tensão mínima de cedência pretendida. Essa estrutura ilustra o ponto central: a composição e a resistência estão relacionadas, mas não são campos permutáveis. A ASM International afirma que as propriedades dos aços ao carbono e dos aços ligados resultam dos efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. O teor de carbono, o manganês, o silício, os elementos de liga, o refinamento do grão, o historial de laminagem, o arrefecimento e os ciclos térmicos de soldadura podem todos afetar o resultado declarado.

Propriedades do material versus resistência de cálculo

Uma propriedade do material é uma característica medida ou especificada para o aço. A tensão de cedência, a resistência última à tração, o alongamento, a energia de impacto e os limites de composição química pertencem a esta categoria. Uma resistência de cálculo é calculada a partir dessas propriedades depois de a norma de dimensionamento aplicar coeficientes de segurança, regras relativas às secções, modelos de encurvadura, limites de estabilidade e outras condições.

Para uma secção transversal sujeita a tração, uma expressão simplificada do Eurocódigo pode utilizar a resistência à cedência

$$N_{\mathrm{pl},\mathrm{Rd}}=\frac{A{f}_y}{{\gamma }_{M0}},$$

em que $A$ é a área relevante, $f_y$ é a tensão de cedência dependente da espessura e ${\gamma }_{M0}$ é o coeficiente parcial especificado pelo Anexo Nacional. Isto não é um resultado de ensaio de tração. É uma resistência atribuída a um determinado modelo de rotura no âmbito de um determinado código de dimensionamento.

A compressão e a flexão exigem verificações adicionais. A esbelteza local das chapas pode impedir que a área bruta total atinja a resistência plástica. A encurvadura dos elementos introduz um fator de redução baseado na esbelteza e na curva de encurvadura. A encurvadura lateral-torsional pode ser determinante numa viga, mesmo quando a tensão de cedência do aço é elevada. As ligações soldadas podem exigir verificações distintas para o metal de soldadura, as zonas afetadas pelo calor, as secções líquidas e a qualidade de execução.

Esta distinção também explica por que motivo uma classe superior não permite automaticamente aumentos proporcionais em todas as capacidades de dimensionamento. Uma coluna condicionada por uma encurvadura do tipo Euler pode obter poucos benefícios com a mudança de S355 para S460 se a sua esbelteza geométrica continuar a ser determinante. Uma ligação condicionada pela área líquida dos furos dos parafusos ou pela rotura por bloco pode não beneficiar na mesma proporção que uma secção bruta condicionada pela cedência. A resistência de cálculo pertence ao elemento e ao modo de rotura, não apenas à designação da classe.

EN 1993-1-1 e contexto das normas de produto

A EN 1993-1-1 fornece regras gerais para o dimensionamento de estruturas de aço e apresenta propriedades nominais dos materiais para classes estruturais habitualmente utilizadas na Secção 3.2.6. Não substitui a norma de produto que rege o fabrico, a composição química, as tolerâncias, os ensaios, a condição de fornecimento e a certificação.

Para os produtos estruturais, a série EN 10025 é fundamental. A EN 10025-2 abrange os aços estruturais não ligados; a EN 10025-3 abrange os aços estruturais soldáveis de grão fino normalizados ou laminados normalizados; a EN 10025-4 abrange os aços de grão fino soldáveis laminados termomecanicamente; e outras normas de produto regem os perfis tubulares, os produtos conformados a frio e os produtos estruturais inoxidáveis. A designação deve ser lida em conjunto com a forma do produto e a norma aplicável. A SteelConstruction.info reflete esta organização ao associar as classes europeias de aços estruturais às normas que regem os seus requisitos químicos e mecânicos.

Por conseguinte, uma tabela de composição química que apresente carbono, manganês, fósforo, enxofre, silício, crómio, níquel ou molibdénio não substitui uma tabela de propriedades mecânicas. Do mesmo modo, uma tabela mecânica não constitui uma especificação completa de aquisição. A AISC estabelece a mesma distinção na sua análise das especificações ASTM para aços estruturais: os requisitos aplicáveis a perfis e chapas contêm geralmente disposições relativas tanto à composição química como às propriedades mecânicas. As normas ASTM também separam os aços ao carbono, estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados em especificações com regras de ensaio e aceitação diferentes.

As tabelas de referência do Nickel Institute, da SSINA, da Engineering ToolBox e dos manuais comparativos de normas de aços podem ajudar a organizar classes entre diferentes sistemas, mas os seus dados podem ser representativos, abreviados ou comparativos, em vez de constituírem limites vinculativos. O documento aplicável é a norma de produto citada, na edição citada, para o produto e a espessura citados. É nesse nível que S355 se torna um material especificado, e não uma designação desligada do seu contexto de fabrico e dimensionamento.

ASTM A400 como modelo para seleção e interpretação

A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, constitui um modelo útil, pois não trata uma qualidade de aço como uma identidade material autónoma. As suas tabelas estabelecem ligações entre várias condições que são frequentemente separadas, ou omitidas, nas tabelas populares de aços: designação da qualidade, composição química, condição de processamento, dimensão da secção e limite mínimo de escoamento pretendido.

Essa estrutura é importante. Uma tabela de composição química responde a uma pergunta: que elementos, e dentro de que limites, são especificados para a qualidade? Uma tabela de propriedades mecânicas responde a outra: que resistência, dureza, ductilidade ou tenacidade são exigidas nas condições de ensaio e de produto estabelecidas? A ASTM A400 coloca essas questões ao lado do problema da seleção, mas não elimina as distinções entre elas.

As designações de qualidade AISI ou ASTM podem restringir o campo sem identificar todos os requisitos aplicáveis a uma barra fornecida. A especificação de produto aplicável continua a prevalecer. O mesmo se aplica à gama dimensional indicada, ao tratamento térmico, ao acabamento, ao local de amostragem, à direção do ensaio e aos critérios de aceitação. Assim, a mesma qualidade nominal pode apresentar diferentes propriedades admissíveis quando se altera a forma do produto ou a dimensão da secção.

Seleção da qualidade com base no limite de escoamento exigido

O limite de escoamento deve ser tratado como um parâmetro de seleção, e não como um número copiado de uma tabela genérica de qualidades. A ASTM A400 organiza as barras de aço candidatas de acordo com o limite mínimo de escoamento pretendido, apresentando simultaneamente a composição química e as vias de processamento associadas a essas candidatas. Isto é mais informativo do que ordenar as qualidades entre “baixa resistência” e “alta resistência” sem explicar como foram obtidos os valores.

Um limite mínimo de escoamento exigido estabelece, em primeiro lugar, um limiar de desempenho. Por si só, não estabelece a qualidade. Várias qualidades podem cumprir esse limiar, mas diferir nos teores de carbono, manganês, crómio, níquel, molibdénio ou outros elementos de liga. Essas diferenças afetam a temperabilidade, a soldabilidade, a resposta ao tratamento térmico, a capacidade para determinadas dimensões de secção e, por vezes, a tenacidade. O Metals Handbook da ASM International atribui as propriedades dos aços-carbono e dos aços ligados aos efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. A composição química é uma causa das propriedades, não um substituto de um requisito de propriedade.

A distinção é visível nas referências relativas aos aços estruturais. As tabelas de dimensionamento do Eurocode 3 identificam S235, S275, S355, S420, S450 e S460 com propriedades de cálculo dos materiais ao abrigo da EN 1993-1-1, secção 3.2.6. Esses valores de cálculo pertencem a esse quadro de dimensionamento; não devem ser transferidos automaticamente para uma qualidade de barra ASTM apenas porque uma tabela apresenta valores semelhantes de limite de escoamento. “S355” é uma designação EN com um contexto específico de produto e de norma. Não é uma identidade química ou mecânica universal equivalente a todas as qualidades de aço que lhe estejam próximas numa tabela.

Uma tabela de seleção pode evidenciar um compromisso entre o limite de escoamento e outros requisitos. O aumento da resistência através da adição de elementos de liga ou do tratamento térmico pode alterar o alongamento, a maquinabilidade, os requisitos do procedimento de soldadura ou o desempenho a baixa temperatura. Uma qualidade que cumpra um limite mínimo de escoamento de 690 MPa numa barra pequena temperada e revenida pode não proporcionar esse valor numa secção muito maior e pode não ser intercambiável com um produto normalizado que tenha a mesma designação nominal.

O valor de limite de escoamento indicado também requer uma base de ensaio. O limite mínimo de escoamento especificado pode ser determinado através de um ponto de cedência ou de um método baseado numa extensão residual especificada, consoante a norma. O comprimento de referência, a orientação do provete e o local de amostragem podem afetar o resultado indicado. Uma tabela que apresente “limite de escoamento” sem esses pormenores está incompleta, mesmo quando o valor numérico foi corretamente transcrito.

Condição de processamento e dimensão da secção

O processamento constitui a ligação entre a composição química e as propriedades mecânicas. A laminagem a quente, a normalização, o recozimento, a têmpera e o revenido, o acabamento a frio e o alívio de tensões produzem microestruturas diferentes a partir da mesma composição química de fusão. A velocidade de arrefecimento também é importante. Uma barra pequena perde calor mais rapidamente do que uma barra grande, pelo que pode desenvolver uma estrutura de transformação diferente durante o arrefecimento. O centro de uma secção pesada pode arrefecer suficientemente devagar para permanecer mais macio do que a superfície ou para exigir um ciclo de tratamento térmico diferente.

A ASTM A400 torna este aspeto prático ao associar a seleção à condição de processamento e à dimensão da secção, em vez de apresentar um único valor de resistência para toda uma qualidade. Uma tabela de barras pode distinguir o material laminado a quente do material temperado e revenido, ou separar intervalos de diâmetro antes de atribuir valores mínimos de limite de escoamento. A razão é metalúrgica, não editorial. O teor de carbono e de elementos de liga influencia a temperabilidade, mas a temperabilidade não significa que todos os pontos de todas as secções atinjam a mesma dureza ou resistência.

A espessura e o diâmetro também podem alterar o mínimo aplicável. As especificações de produto dividem frequentemente os requisitos mecânicos por dimensão, porque as secções maiores são mais difíceis de transformar uniformemente e podem apresentar propriedades inferiores no núcleo. Uma tabela de composição não revela essa limitação. Do mesmo modo, uma tabela mecânica não pode ser lida corretamente se a sua coluna relativa à dimensão for ignorada.

A especificação de produto controla o requisito efetivo de aceitação. A ASTM A400 é uma prática de seleção, enquanto uma especificação de produto ASTM define requisitos para um produto específico. As normas ASTM abrangem requisitos químicos, mecânicos, metalúrgicos e outros requisitos dos materiais para aços-carbono, aços estruturais, inoxidáveis, ferríticos, austeníticos e ligados. A AISC explica igualmente que as especificações ASTM para perfis e chapas de aço estrutural contêm, de um modo geral, requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas. A especificação exata, a revisão, os requisitos suplementares e a designação de compra devem, portanto, acompanhar qualquer entrada de tabela utilizada para decisões de engenharia.

As referências relativas aos aços inoxidáveis mostram a mesma separação. As tabelas da SSINA apresentam a composição em percentagem ponderal e as propriedades mecânicas especificadas para qualidades de aços inoxidáveis austeníticos abrangidas por especificações de produto ASTM. O Nickel Institute apresenta os dados químicos, mecânicos, físicos e de especificação como classes de informação distintas. Estes formatos são úteis precisamente porque não sugerem que uma percentagem de níquel, crómio ou carbono, por si só, preveja o comportamento completo em serviço.

Utilizar um guia de seleção sem o utilizar indevidamente

Um guia de seleção pode organizar as candidatas, revelar por que razão duas qualidades não são intercambiáveis e mostrar em que casos a resistência depende do processamento ou da dimensão da secção. Pode ajudar um engenheiro a passar de um limite mínimo de escoamento exigido para uma lista restrita de qualidades plausíveis e, em seguida, comparar a composição química, a temperabilidade, a ductilidade e a condição de tratamento. Constitui também um alerta contra equivalências falsas. O Handbook of Comparative World Steel Standards mantém separadas as tabelas comparativas de composição química e as tabelas comparativas de propriedades mecânicas por esta razão: a correspondência entre designações não comprova a equivalência entre especificações.

Um guia não pode substituir a especificação de produto aplicável. Não pode certificar uma corrida, confirmar um relatório de ensaio do fabricante, estabelecer as propriedades efetivas de uma peça não ensaiada ou garantir um desempenho fora da dimensão, condição, orientação, temperatura e método de ensaio indicados na sua fonte. As tabelas comparativas de orientação, como as listas da Engineering ToolBox relativas a carbono, crómio, manganês, molibdénio, níquel, fósforo, enxofre e silício, são úteis para uma análise preliminar, mas não se sobrepõem aos limites aplicáveis. A mesma precaução se aplica a manuais, tabelas de fornecedores e listas de correspondência entre qualidades de diferentes normas.

A sequência correta é, portanto, simples, mas rigorosa: definir a forma do produto e a norma, indicar as propriedades mínimas exigidas, identificar a dimensão e a condição de processamento permitidas, verificar a composição química e os requisitos suplementares e, em seguida, confirmar o material fornecido através da certificação e dos ensaios aplicáveis. A ASTM A400 ajuda na etapa de seleção. Não executa, pelo utilizador, as etapas de especificação, fabrico ou aceitação.

Como Comparar Classes entre os Sistemas ASTM, EN e Outros

O nome de uma classe é um ponto de partida, não a identidade de um material. ASTM, EN, JIS, GB, ISO e outros sistemas atribuem designações no âmbito de diferentes normas de produto, e essas normas podem controlar a composição química, a resistência, a tenacidade, o tratamento térmico, as dimensões, os ensaios e os processos de fabrico permitidos. Por conseguinte, “S355”, “A572 Grade 50” e “AISI 1045” não podem ser tratados como designações intercambiáveis simplesmente porque uma tabela de referência os coloca na mesma linha.

O Manual Comparativo das Normas Mundiais para Aços torna esta distinção prática: as suas tabelas comparativas para aços-liga trabalhados e vazados separam as composições químicas das propriedades mecânicas. Essa separação não é apenas uma opção editorial. A composição química descreve os limites de elementos como carbono, manganês, crómio, níquel, fósforo e enxofre; uma tabela mecânica apresenta resultados obtidos em condições de processamento e ensaio especificadas. Trata-se de conjuntos de dados relacionados, mas que não são substitutos uns dos outros.

Uma composição química semelhante entre duas designações não comprova a identidade das normas aplicáveis aos produtos, das regras de processamento, dos requisitos de tenacidade ou dos valores mínimos mecânicos. Strong evidence

A semelhança química não é equivalência de especificação

Uma tabela de composição química pode mostrar que duas classes ocupam uma faixa composicional semelhante. Não pode, por si só, estabelecer que as classes cumprem a mesma especificação de produto ou que terão um desempenho semelhante em serviço.

Consideremos os aços estruturais ao carbono e de baixa liga. ASTM A572/A572M Grade 50 e EN 10025-2 S355 são frequentemente comparados porque as suas tensões nominais mínimas de cedência se encontram numa faixa semelhante para algumas formas de produto e espessuras. Os respetivos sistemas de especificação continuam, contudo, a diferir quanto aos limites químicos, às categorias de produto, às designações de tenacidade, aos requisitos de fornecimento, às regras dimensionais e às disposições relativas aos ensaios. Uma tabela que apresente apenas carbono, manganês, fósforo e enxofre oculta essas diferenças.

O mesmo problema surge nos aços inoxidáveis. “304” pode referir-se a uma designação AISI, a uma classe de produto ASTM, como Type 304 no âmbito de uma determinada especificação de produto, ou a uma designação europeia como 1.4301, associada a X5CrNi18-10. Estas referências sobrepõem-se no uso corrente, mas os requisitos aplicáveis dependem da norma de produto. A SSINA separa as tabelas de composição em percentagem ponderal das propriedades mecânicas especificadas para as classes de aços inoxidáveis austeníticos abrangidas pelas especificações de produto ASTM. Este formato impede corretamente que uma faixa de composição seja confundida com um requisito completo de fornecimento.

ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, constitui um aviso útil contra as tabelas simplificadas de classes. A norma apresenta orientações de seleção por classe, composição, condição de processamento, dimensão da secção e tensão de cedência mínima pretendida. A designação de uma barra não tem o mesmo significado sem estas variáveis complementares. A trefilagem a frio, o recozimento, a normalização, a têmpera e revenido ou a laminagem a quente podem produzir valores de resistência e ductilidade substancialmente diferentes em materiais com composições químicas estreitamente relacionadas.

O tratamento dos aços ao carbono e dos aços-liga pela ASM explica a razão metalúrgica: as propriedades resultam dos efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. O teor de carbono pode influenciar a dureza e a temperabilidade, mas não determina de forma única a tensão de cedência, a tenacidade ao impacto, a resistência à fadiga, o alongamento ou as tensões residuais. Também são relevantes a dimensão do grão, a velocidade de arrefecimento, os produtos de transformação, o revenido, o teor de inclusões e a deformação prévia.

As comparações químicas continuam a ser úteis. Podem identificar incompatibilidades evidentes, revelar se uma classe é de baixo teor de carbono ou contém crómio e fazer uma triagem dos elementos que afetam a soldabilidade ou a resistência à corrosão. Devem, contudo, permanecer numa tabela de composição química, com a norma de produto aplicável e a respetiva edição indicadas junto de cada classe. Uma comparação representativa, como a publicada pela Engineering ToolBox, não constitui um limite de especificação vinculativo.

Comparação das propriedades mecânicas em condições equivalentes

Os valores mecânicos só se tornam comparáveis depois de alinhadas as condições de ensaio e de fornecimento. No mínimo, devem ser registados a forma do produto, a norma aplicável e a sua edição, a condição de fornecimento, a espessura ou dimensão da secção, a direção do ensaio, a temperatura de ensaio, o método de ensaio e o tipo de propriedade exigida.

A forma do produto vem em primeiro lugar. Chapa, barra laminada a quente, fio, tubo, peça forjada e perfil estrutural podem estar sujeitos a normas diferentes, mesmo quando uma designação parece semelhante. ASTM A36/A36M para aço estrutural ao carbono, ASTM A29/A29M para barras de aço-liga e aço ao carbono trabalhadas a quente, e ASTM A276/A276M para barras de aço inoxidável não são documentos intercambiáveis. As respetivas tabelas mecânicas abrangem produtos diferentes e podem especificar condições distintas de amostragem ou tratamento térmico.

A espessura e a dimensão da secção podem alterar o mínimo exigido. Nas tabelas de aços estruturais EN, o requisito de tensão de cedência para classes como S235, S275, S355, S420, S450 e S460 está associado a intervalos de espessura no âmbito das disposições aplicáveis ao produto e ao projeto. O Eurocode 3, EN 1993-1-1, Secção 3.2.6, apresenta depois propriedades de cálculo dos materiais para o aço estrutural; esses valores de cálculo não são simplesmente resultados de ensaios de tração copiados de uma tabela genérica de classes. Uma chapa ensaiada na direção longitudinal à temperatura ambiente não é automaticamente comparável com uma secção espessa ensaiada transversalmente ou com um valor ajustado para o dimensionamento a temperatura elevada.

A condição de fornecimento também deve ser indicada. “Normalizado”, “laminado termomecanicamente”, “temperado e revenido”, “recozido” e “no estado laminado” descrevem estados metalúrgicos diferentes. As normas ASTM e EN podem associar sufixos, classes ou requisitos de condição distintos à mesma família geral de classes. Uma resistência mínima à tração indicada para uma barra temperada e revenida não pode ser utilizada para representar uma barra recozida apenas porque ambas partilham uma designação nominal de liga.

O método de ensaio afeta o valor apresentado. A tensão de cedência pode significar um patamar de cedência pronunciado ou uma tensão de prova correspondente a 0,2% de deformação plástica. O alongamento depende do comprimento de referência e da geometria do provete. A energia de impacto Charpy depende da orientação do entalhe, da temperatura de ensaio, da dimensão do provete e das regras de apresentação dos resultados. A conversão de dureza também é condicional; um valor convertido Rockwell, Brinell ou Vickers não é equivalente a um ensaio direto sem considerar a norma de conversão aplicável.

Um processo de comparação defensável deve, portanto, ser sequencial:

1. Identificar a forma do produto e a especificação exata do produto. 2. Registar a norma aplicável, a edição, a classe, a categoria, o tipo e os requisitos suplementares. 3. Extrair os limites químicos desse documento, e não de uma tabela geral de designações. 4. Registar a condição de fornecimento, o tratamento térmico, a espessura, o diâmetro, a espessura da parede ou a dimensão da secção. 5. Harmonizar a direção do ensaio, a geometria do provete, a temperatura de ensaio e o método de ensaio. 6. Comparar o mesmo requisito mecânico — tensão de cedência com tensão de cedência, resistência à tração com resistência à tração e energia de impacto com energia de impacto. 7. Verificar separadamente a soldabilidade, a tenacidade, a resistência à corrosão, a fadiga e os requisitos dimensionais. 8. Confirmar que o código de projeto previsto reconhece o material proposto.

As tabelas do Nickel Institute ilustram esta organização rigorosa ao separarem os dados químicos, mecânicos, físicos e de especificação. Deve ser utilizada uma estrutura semelhante para as referências de aços: composição química numa tabela, requisitos mecânicos noutra e notas de qualificação junto de ambas.

Limitações das tabelas de referência cruzada

As tabelas de referência cruzada são ferramentas de triagem. São úteis para encontrar classes candidatas, identificar famílias com teores de liga semelhantes e localizar normas que exigem uma análise mais aprofundada. Não autorizam uma substituição direta entre materiais.

Uma tabela pode condensar várias edições numa única linha, omitir a forma do produto, indicar uma composição típica em vez de um limite máximo ou apresentar um valor mecânico correspondente a outro intervalo de espessura. Pode também confundir uma designação nacional com uma norma de produto. “AISI 1045”, por exemplo, identifica uma composição de aço ao carbono amplamente reconhecida, mas não define, por si só, os requisitos aplicáveis a uma determinada barra, chapa, peça forjada, condição de tratamento térmico ou aplicação de projeto.

A conclusão correta de uma referência cruzada é condicional: a classe indicada pode ser uma candidata a análise técnica no âmbito de uma norma e condição especificadas. A substituição exige uma verificação face à especificação do material, ao certificado de inspeção, ao código de projeto, ao procedimento de fabrico e aos requisitos de serviço. Uma composição química semelhante constitui evidência de proximidade, não prova de equivalência. Nem um número comum nem uma designação familiar podem substituir essa verificação.

Ensaios, amostragem e significado de um valor reportado

Uma tabela de aço não reporta uma propriedade de forma isolada. Reporta o resultado de uma análise química ou de um ensaio mecânico definido, realizado numa amostra selecionada, em condições declaradas e avaliado segundo uma regra de aceitação. Retire-se qualquer um desses elementos e o número pode mudar de significado.

É por isso que uma designação de qualidade não pode servir como uma identificação completa do material. A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, organiza a informação relativa a barras segundo a qualidade, a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e a tensão de cedência mínima pretendida. A sua estrutura torna clara esta limitação: a mesma qualidade nominal pode exigir uma interpretação diferente quando mudam a forma do produto, a dimensão, o tratamento térmico ou a especificação aplicável.

Análise de corrida e análise do produto

Uma análise de corrida, ou análise de panela, descreve a composição química do aço fundido representado por uma determinada fusão. Normalmente, o produtor recolhe a amostra durante a produção do aço, antes de o material ser vazado em lingotes ou em produtos obtidos por vazamento contínuo. Os valores reportados destinam-se a representar essa corrida como um todo. Não constituem necessariamente uma medição direta da chapa, barra, peça forjada ou tubagem acabada.

A análise do produto é realizada sobre material retirado do produto fabricado. Pode, portanto, refletir o local de amostragem, a segregação durante a solidificação, o estado da superfície, a maquinagem e a variação química local. Um limite de análise do produto pode diferir de um limite de análise de panela porque as duas análises respondem a perguntas diferentes: que composição foi produzida no forno e que composição está presente no produto fornecido no local amostrado?

Esta distinção é particularmente importante para elementos sujeitos a limites rigorosos. O carbono, o enxofre, o fósforo, o azoto e elementos de liga como o crómio, o níquel, o molibdénio e o vanádio podem ser reportados com várias casas decimais, mas a precisão apresentada não garante uma exatidão equivalente. Um resultado de 0,018% de enxofre e um limite de 0,020% continuam a depender do método analítico, da calibração, da preparação da amostra e da regra de arredondamento especificados pela norma aplicável.

Uma tabela de composição pode apresentar um único valor representativo para o aço inoxidável 304, como um teor aproximado de crómio ou níquel. A SSINA apresenta, em vez disso, intervalos de composição em percentagem mássica e propriedades mecânicas especificadas para as qualidades de aços inoxidáveis austeníticos abrangidas pelas especificações de produto ASTM. Estas últimas são requisitos de especificação; o primeiro pode constituir uma comparação útil. Não devem ser tratados como equivalentes ou permutáveis.

A mesma cautela se aplica às tabelas comparativas que colocam as designações UNS, EN, JIS e ASTM em colunas adjacentes. O Handbook of Comparative World Steel Standards separa as tabelas comparativas de composições químicas das relativas a propriedades mecânicas, porque a semelhança química não estabelece requisitos de processamento, formas de produto, métodos de ensaio ou critérios de aceitação idênticos. “Equivalente” é frequentemente uma forma abreviada de indicar uma comparação limitada, e não uma prova de que um material pode ser substituído por outro ao abrigo de todas as normas.

Um máximo é um limite superior. Um mínimo é um limite inferior. Um intervalo tem ambos os limites. Uma composição nominal ou típica declarada pode descrever a prática esperada sem definir um intervalo de aceitação permissível. Estas categorias devem permanecer separadas numa tabela.

Condições dos ensaios de tração e de dureza

As propriedades mecânicas dependem ainda mais da definição do ensaio do que os valores de composição. A resistência à tração, a tensão de cedência, o alongamento, a redução de área e a dureza descrevem a resposta de um determinado provete segundo um determinado procedimento. Não representam constantes fixas possuídas por todas as peças que tenham a mesma designação de qualidade.

O local de amostragem é o primeiro aspeto a considerar. Um provete pode ser retirado a uma distância prescrita abaixo da superfície, do centro de uma barra, ao longo da espessura de uma chapa ou de uma extremidade designada do produto. Um provete superficial pode apresentar propriedades diferentes das de um provete central, porque a velocidade de arrefecimento, a segregação, a descarburação e o tratamento térmico posterior variam ao longo da secção. Num produto laminado, o local do ensaio também pode determinar se o provete representa a cabeça, o corpo ou a cauda de uma chapa ou barra.

A orientação altera o resultado. Um provete longitudinal está alinhado com a principal direção de laminagem ou de trefilagem; um provete transversal é retirado transversalmente a essa direção. A laminagem alonga os grãos e as inclusões, enquanto a forjagem e a trefilagem alteram a microestrutura de outras formas. Consequentemente, o alongamento longitudinal, a tensão de cedência transversal e a ductilidade na direção da espessura não são designações alternativas para uma única propriedade universal.

O comprimento de referência também é importante. O alongamento medido num comprimento de referência curto não é diretamente comparável com o alongamento medido num comprimento de referência mais longo, mesmo quando ambos os valores são reportados em percentagem. Durante a fratura, a estricção localiza-se, pelo que a proporção do alongamento total atribuída ao comprimento de referência varia com a geometria do provete. Uma tabela que copie um valor de alongamento sem as dimensões do provete e a norma de ensaio omite informação essencial.

A temperatura do ensaio é outra condição-limite. A resistência e a ductilidade podem variar substancialmente entre a temperatura ambiente e um ensaio a temperatura abaixo de zero ou a temperatura elevada. A velocidade de aplicação da carga, o método do extensómetro, a definição do ponto de cedência e a convenção de cálculo também podem afetar o resultado reportado. “Tensão de cedência” pode significar um ponto de cedência ou uma tensão de prova para um determinado desvio, consoante a norma aplicável.

Os valores de dureza exigem uma disciplina semelhante. Os valores Brinell, Rockwell e Vickers utilizam penetradores, cargas, tempos de aplicação e práticas de conversão diferentes. Um valor Rockwell B não pode ser comparado silenciosamente com um valor Rockwell C, e uma tabela de conversão de dureza não transforma o número convertido numa medição direta. A rugosidade da superfície, a curvatura, a carepa, a espessura do provete e a microestrutura local podem influenciar a indentação.

As especificações ASTM relativas a perfis e chapas de aço estrutural contêm, em geral, requisitos tanto de composição química como de propriedades mecânicas, conforme explica o American Institute of Steel Construction. Os dois grupos de requisitos funcionam em conjunto. A composição química identifica os limites composicionais; os ensaios verificam se o produto fornecido, após o processamento especificado, cumpre o desempenho exigido.

Valores de aceitação, médias e dispersão

Um mínimo especificado é um limiar que um resultado aceite deve atingir ou exceder. Um máximo especificado é um limite superior que não pode ser excedido. Um intervalo especificado impõe ambas as condições. Nenhum destes valores é uma média.

Um resultado de ensaio individual pertence a um provete ou a um local de ensaio. Uma média combina vários resultados, mas a regra de cálculo da média pode estar limitada pela norma do produto. Algumas normas avaliam cada resultado individual; outras permitem a repetição do ensaio, o cálculo da média ou a substituição de um provete inválido em circunstâncias definidas. Um material pode, portanto, apresentar uma resistência média à tração superior a um mínimo indicado, enquanto um resultado individual não cumpre um requisito aplicável a cada resultado.

A dispersão não constitui automaticamente prova de material deficiente. Pode resultar de variações microestruturais normais, da posição do provete, da repetibilidade da máquina, da técnica do operador e da incerteza de medição. Um resultado reportado de 500 MPa não deve ser interpretado como um limite físico exato quando o método de ensaio e o instrumento têm uma resolução finita. A incerteza não elimina um limite de aceitação, mas explica por que razão os valores próximos desse limite exigem a regra de decisão prescrita pela norma, e não um arredondamento casual.

A distinção é visível nas tabelas de cálculo. O Eurocode 3 apresenta propriedades dos materiais de cálculo para S235, S275, S355, S420, S450 e S460 ao abrigo da EN 1993-1-1, Secção 3.2.6. Estes são valores estabelecidos para o dimensionamento estrutural no âmbito desse quadro normativo, e não resultados universais de ensaios de tração para todos os produtos que tenham uma designação S. A ASTM A400 também relaciona a tensão de cedência mínima com a dimensão da barra e a condição de processamento.

Um valor de tabela é, portanto, indissociável do seu método e da sua regra de aceitação. Antes de comparar duas entradas, identifique se cada uma corresponde a uma análise de corrida ou a uma análise do produto, a um valor típico ou a um limite de especificação, a uma média ou a um resultado individual, e a uma medição de tração ou de dureza realizada à mesma temperatura, orientação, comprimento de referência, local de amostragem e condição do produto. Sem essa informação, a precisão numérica pode criar uma falsa impressão de comparabilidade.

Erros comuns nas tabelas de propriedades dos aços

Uma tabela de aço pode parecer oficial, embora combine discretamente valores que pertencem a normas, formas de produto ou condições de ensaio diferentes. A primeira pergunta não é “Qual é a qualidade?”, mas sim “Que documento e que condição representa este número?”. As tabelas de composição química indicam limites ou intervalos para os elementos, normalmente em percentagem em massa. As tabelas de propriedades mecânicas apresentam requisitos ou resultados medidos, como tensão de cedência, resistência à tração, alongamento, dureza, energia de impacto ou resistência à fadiga. Estes dois tipos de tabela estão relacionados, mas não são intermutáveis.

A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, exprime este ponto diretamente: a seleção de uma barra de aço envolve a qualidade, a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e a tensão de cedência mínima pretendida. Uma entrada relativa a uma qualidade sem esses qualificadores está incompleta.

Misturar valores nominais, típicos, mínimos e máximos

O erro mais comum consiste em colocar valores diferentes em colunas adjacentes sem indicar o seu estatuto. “Nominal”, “típico”, “mínimo” e “máximo” não descrevem o mesmo tipo de informação.

Uma composição nominal é um valor-alvo ou de designação. Uma tabela pode indicar aproximadamente 0,40% de carbono para um aço de médio teor de carbono, mas a especificação aplicável ao produto pode permitir um intervalo, como 0,37–0,44% C, e impor limites separados para o manganês, o fósforo, o enxofre, o silício ou os elementos residuais. Um valor máximo é um limite de conformidade; não é uma análise esperada. Uma resistência à tração mínima é igualmente um limite, e não a resistência que todas as peças irão apresentar.

Os valores típicos são especialmente perigosos quando o seu estatuto não é explícito. Um fabricante, manual ou laboratório pode comunicar uma tensão de cedência representativa para material normalizado, enquanto uma norma exige apenas um valor mínimo para uma determinada espessura e condição de fornecimento. O resultado representativo pode ser útil para comparação, mas não pode substituir o requisito de aceitação. Uma tabela que indique, para uma qualidade, “tensão de cedência: 355 MPa” sem esclarecer se 355 MPa é um valor mínimo, um valor nominal de projeto ou um resultado típico de ensaio convida a uma conclusão errada.

As unidades criam uma segunda versão do mesmo problema. “Resistência ksi”, sem indicar se o valor corresponde à tensão de cedência ou à resistência à tração, é uma indicação deficiente; “dureza 220” está igualmente incompleta, porque 220 HBW, 220 HV e 220 HRC têm significados muito diferentes. O alongamento deve identificar o comprimento de referência, normalmente 5,65√A ou um comprimento de referência especificado em polegadas. A energia de impacto Charpy requer a indicação da temperatura de ensaio, da orientação do provete, da dimensão do provete e, frequentemente, do número de provetes. O arredondamento também pode ocultar limites de conformidade. Um teor de carbono indicado como 0,20% pode representar 0,195%, 0,204% ou um intervalo permitido amplo; por isso, uma comparação arredondada não deve ser tratada como um limite de especificação.

A tabela deve indicar se cada entrada é um mínimo exigido, um máximo permitido, um intervalo de composição, um objetivo nominal ou um valor medido típico. Se não o fizer, o leitor deve assumir que o número não é adequado para decisões de aceitação.

Copiar valores entre normas de produtos

Uma designação pode repetir-se em várias normas sem transportar requisitos idênticos. O aço de chapa ASTM A36, o aço de barra ASTM A36 e os perfis estruturais ASTM A36 não são automaticamente regidos por uma única tabela comum apenas porque a designação é conhecida. As especificações de produto podem estabelecer diferentes limites de composição química, regras relativas à espessura, disposições de ensaio, condições de fornecimento e requisitos mecânicos.

A AISC explica que as especificações ASTM para perfis e chapas de aço estrutural contêm, em geral, requisitos relativos tanto à composição química como às propriedades mecânicas. Esses requisitos pertencem à especificação ASTM específica do produto. Copiar uma linha de composição química de um documento e uma linha de resistência de outro pode criar um material que nenhuma norma define efetivamente.

A espessura é uma omissão frequente. Os requisitos relativos à tensão de cedência e à resistência à tração podem variar com a espessura da chapa ou da secção, porque a velocidade de arrefecimento, a segregação e a microestrutura ao longo da espessura se alteram à medida que as dimensões aumentam. Assim, uma tabela que apresente o S355 com um único valor de tensão de cedência está incompleta, a menos que identifique a norma aplicável e o intervalo de espessura. O Eurocode 3 apresenta propriedades dos materiais de projeto para S235, S275, S355, S420, S450 e S460 ao abrigo da secção 3.2.6 da EN 1993-1-1, mas esses são valores de uma norma de projeto, não uma autorização para copiar todos os valores para uma tabela ASTM, JIS ou de um certificado de fábrica.

A mesma precaução se aplica ao aço inoxidável. A SSINA apresenta a composição em percentagem em massa e as propriedades mecânicas especificadas para qualidades austeníticas abrangidas por especificações ASTM de produto. Os valores de composição química e de resistência devem permanecer associados à forma de produto relevante e ao documento ASTM correspondente. Uma linha de composição relativa a chapa não pode reger automaticamente barras, peças forjadas, arames ou peças fundidas.

A comparação entre normas exige ainda mais rigor. O Handbook of Comparative World Steel Standards separa as tabelas comparativas de composições químicas das tabelas de propriedades mecânicas nos diferentes sistemas internacionais de designação. Essa separação é importante: designações semelhantes podem indicar uma composição química relacionada, sem provar que o processamento, a tenacidade, a soldabilidade, o intervalo dimensional ou os requisitos de certificação sejam idênticos. Comparações representativas ao estilo do Engineering ToolBox podem ajudar a mostrar que uma qualidade contém mais crómio ou níquel do que outra, mas não estabelecem limites aplicáveis.

Antes de aceitar um valor copiado, registe o número da norma, a edição, a forma do produto, a condição de fornecimento, o intervalo de espessura ou diâmetro, a direção de ensaio, a temperatura de ensaio e o sistema de unidades. Se faltar algum destes elementos, o número é uma indicação para verificação posterior, não um requisito confirmado.

Tratar as designações das qualidades como especificações completas do material

“304”, “A36”, “S355” e “4140” são designações, não descrições completas de uma peça de aço. O seu significado depende do documento que as define e do produto fornecido. Mesmo dentro de uma única designação, as condições recozida, normalizada, temperada e revenida, encruada e tal como laminada podem produzir propriedades diferentes.

A ASM International afirma que as propriedades dos aços ao carbono e ligados resultam dos efeitos combinados da composição química, do processamento e da microestrutura. A composição química, por si só, não permite prever uma única tensão de cedência, dureza, energia de impacto ou alongamento. Duas corridas com teores semelhantes de carbono e crómio podem diferir devido ao tamanho de grão, à temperatura de revenido, à razão de redução, às inclusões ou ao historial de arrefecimento.

Uma tabela que indique “4140: 0,40% C, 1,0% Cr, 1,0% Mn, 0,25% Mo” pode constituir uma composição aproximada útil, mas não identifica se o material está recozido ou temperado e revenido, nem se é uma barra, chapa, tubo ou componente acabado. Do mesmo modo, “aço inoxidável 304” não indica se a entrada se refere a chapa ASTM A240, barra ASTM A276 ou a outra especificação de produto. O documento aplicável pode impor diferentes ensaios mecânicos ou requisitos suplementares.

As edições desatualizadas criam outra armadilha. As normas são revistas quanto aos limites de composição química, aos métodos de ensaio, à nomenclatura, aos escalões de espessura e aos documentos referenciados. Uma tabela bem apresentada pode conservar uma edição antiga, apresentando os seus valores como atuais. Todas as tabelas devem indicar a designação da norma, a edição ou revisão e a data em que foram verificadas. Devem também identificar se um valor é um requisito de especificação, um valor de projeto ou uma propriedade típica de um manual.

O Nickel Institute distingue os dados químicos, mecânicos, físicos e de especificação nas suas apresentações tabulares; essa separação constitui um modelo útil. Uma tabela de aço fiável mantém essas categorias separadas, indica todas as unidades e condições de ensaio, assinala os valores arredondados ou representativos e associa cada requisito à norma aplicável. Sem esse contexto, a precisão da apresentação apenas torna o erro mais difícil de detetar.

Um Modelo de Wiki de Referência para Tabelas de Aço Fiáveis

Uma tabela de aço fiável deve identificar o documento que confere autoridade a um valor. A designação da qualidade, por si só, não é suficiente. “S355”, “304”, “AISI 4140” ou “ASTM A36” podem referir-se a famílias de materiais relacionadas, mas a norma de produto aplicável, a forma do produto, a condição de fornecimento, as dimensões e os requisitos de ensaio determinam o significado da designação numa determinada tabela.

A ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, demonstra claramente o problema. As orientações apresentadas nas suas tabelas têm em consideração a qualidade, a composição química, a condição de processamento, a dimensão da secção e o limite de elasticidade mínimo pretendido. Uma tabela de barras copiada para uma tabela de chapas não está apenas incompleta; pode atribuir os requisitos errados ao produto errado. A AISC explica igualmente que as especificações ASTM relativas a perfis e chapas de aço estrutural geralmente contêm requisitos tanto de composição química como de propriedades mecânicas. Estes dois grupos de requisitos não devem ser combinados numa única tabela indiferenciada de “propriedades do aço”.

Campos obrigatórios para tabelas de composição

Todas as tabelas de composição devem começar com a designação exata da qualidade, tal como aparece no documento aplicável, seguida da forma do produto. Os exemplos incluem “chapa ASTM A240 Type 304”, “barra ASTM A276 Type 316”, “chapa EN 10025-2 S355JR” ou “SAE J403 4140”. “304 stainless steel”, por si só, é um rótulo de pesquisa, não uma especificação completa.

A norma aplicável deve constar de um campo próprio. Inclua a edição ou revisão quando esta afetar o requisito e indique se o documento citado é uma especificação de material, uma norma de designação, um manual comparativo ou uma ficha de dados informativa. A ASTM A400 fornece orientações para barras de aço; não deve ser apresentada como se controlasse todos os produtos fabricados a partir de uma qualidade nela listada. No caso do aço estrutural europeu, a EN 10025-2 e a norma de projeto relevante desempenham funções diferentes. Uma lista comparativa de designações deve ser identificada como comparativa e não como norma aplicável.

Enumere todos os elementos comunicados, com a respetiva unidade. A percentagem em massa deve ser indicada como % em massa ou fração mássica, e não deixada à interpretação. Um cabeçalho útil poderia ser: “C, % em massa, máximo”, “Mn, % em massa”, “P, % em massa, máximo”, “S, % em massa, máximo”, “Cr, % em massa”, “Ni, % em massa”, “Mo, % em massa” e “N, % em massa, máximo”. Distinga entre máximo, mínimo, intervalo, residual e balanço. “Fe — balanço” não significa que todos os elementos não listados sejam permitidos sem limite.

A tabela deve identificar a condição do produto e o intervalo de dimensão ou espessura associado ao requisito de composição química. Algumas normas aplicam a mesma análise de corrida a vários produtos, enquanto outras distinguem entre análise de corrida e análise do produto. A nota editorial deve indicar qual das duas é apresentada. Se uma norma permitir um elemento apenas como adição ou o indicar como residual, esse estatuto deve figurar junto do valor.

Não transforme comparações representativas em limites de especificação. A Engineering ToolBox, por exemplo, compara qualidades utilizando valores representativos, em percentagem em massa, de carbono, crómio, manganês, molibdénio, níquel, fósforo, enxofre e silício. Uma tabela deste tipo pode mostrar relações composicionais gerais, mas não pode substituir os limites aplicáveis estabelecidos pela ASTM, EN, JIS, SAE ou por outra norma de produto. O Handbook of Comparative World Steel Standards também separa as tabelas comparativas de composição química das tabelas de propriedades mecânicas nos vários sistemas de designação; essa separação deve ser mantida.

Um registo de tabela de composição necessita, portanto, dos seguintes campos: designação da qualidade; forma do produto; norma aplicável; edição ou revisão; análise de corrida ou do produto; elemento químico; valor; unidade; tipo de limite; condição; intervalo de dimensão ou espessura; adições permitidas ou estatuto de residual; e ligação para a fonte. Se um valor for uma comparação editorial, assinale-o como “representativo” e não como “especificado”.

Campos obrigatórios para tabelas de propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas exigem mais contexto do que a composição. A tabela deve indicar se cada valor é especificado, isto é, um requisito normativo, ou típico, isto é, um valor representativo observado ou publicado. Um limite de elasticidade mínimo especificado não é intercambiável com um limite de elasticidade típico, e nenhum dos dois constitui automaticamente uma resistência de cálculo.

Defina a propriedade com precisão. “Resistência” é demasiado vago. Utilize limite de elasticidade, tensão de prova, resistência à tração, alongamento, redução de área, dureza, energia de impacto, resistência à fadiga ou tenacidade à fratura, com o símbolo relevante quando for útil: $R_e$, $R_{p0.2}$, $R_m$ ou $A$. Indique se o alongamento é medido numa base de 50 mm, 80 mm ou noutra extensão de referência. Indique a escala de dureza — HBW, HRC, HV — e não combine escalas diferentes numa única classificação sem fonte.

A forma do produto e a norma aplicável continuam a ser obrigatórias. Uma tabela para chapa ASTM A36 não pode ser aplicada silenciosamente a uma barra ASTM A36, e um valor para EN 10025-2 S355JR não é automaticamente um valor para S355J2. Inclua a condição de fornecimento, como laminado, normalizado, laminado normalizado, temperado e revenido, recozido, recozido em solução ou trabalhado a frio. O tratamento térmico pode alterar a resistência e a ductilidade, mantendo-se inalterada a qualidade nominal.

Registe o intervalo de dimensão ou espessura associado ao requisito. O limite de elasticidade dos aços estruturais varia frequentemente com a espessura, razão pela qual um único valor junto de S235, S275, S355, S420, S450 ou S460 pode induzir em erro. As tabelas de propriedades dos materiais do Eurocode 3 identificam as propriedades de cálculo ao abrigo da EN 1993-1-1, Secção 3.2.6; esses valores pertencem a um enquadramento de projeto e não a uma tabela universal de certificados de laminador.

A direção do ensaio deve ser explícita: longitudinal, transversal, transversal curta, através da espessura ou não especificada. Acrescente o método de ensaio e a edição, como ASTM E8/E8M para tração, ASTM E23 para ensaios de impacto Charpy, ASTM E18 para dureza Rockwell ou o método EN aplicável. Inclua a orientação do provete, a temperatura de ensaio e o local de amostragem quando a fonte os especificar. Um valor Charpy a −20 °C não pode ser comparado com um valor de impacto não qualificado à temperatura ambiente.

Separe os dados mecânicos das propriedades físicas. O Nickel Institute organiza a composição química, as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e as especificações como classes de dados distintas. Essa organização impede que a densidade, o módulo, a dilatação térmica, a resistividade elétrica e a condutividade térmica sejam confundidos com requisitos de resistência. Os valores de cálculo merecem uma quarta tabela. Dependem de uma norma de projeto aplicável, do formato de segurança, dos pressupostos de exposição, das regras de encurvadura e, por vezes, da temperatura.

Um registo de propriedades mecânicas deve conter: qualidade; forma do produto; norma e edição; condição; dimensão ou espessura; definição da propriedade; valor e unidade; estatuto especificado ou típico; direção do ensaio; temperatura de ensaio; método de ensaio e edição; detalhes do provete; e ligação para a fonte. Acrescente uma ressalva explícita sempre que um valor seja convertido, calculado como média, arredondado ou obtido de uma fonte secundária.

Práticas de citação, revisão e rastreabilidade

Cada linha ou bloco estreitamente agrupado deve estabelecer uma ligação para a sua fonte, não se limitando a citar uma página inicial. Registe o título do documento, a cláusula ou o número da tabela, a edição, a data de consulta e o localizador da página ou secção. Um editor de wiki deve conseguir rastrear “S355, 355 MPa” até ao intervalo exato de espessura e à cláusula que lhe deram origem.

Mantenha visível o histórico de revisões. Quando a ASTM, EN, JIS, SAE ou o manual de uma organização for alterado, preserve o valor anterior com a respetiva edição, em vez de o substituir sem explicação. Indique se uma fonte é atual, substituída, informativa ou uma reprodução secundária. As tabelas de aços inoxidáveis austeníticos da SSINA, por exemplo, fornecem composições em percentagem em massa e propriedades mecânicas especificadas para qualidades abrangidas por especificações de produto ASTM; ainda assim, a tabela deve identificar qual a especificação ASTM que rege cada entrada.

Não deduza a resistência apenas a partir da composição química. A ASM International afirma que as propriedades dos aços ao carbono e ligados resultam dos efeitos combinados da composição, do processamento e da microestrutura. Um teor de carbono mais elevado pode aumentar a dureza sob determinado tratamento térmico, reduzindo simultaneamente a soldabilidade ou a tenacidade ao impacto; os efeitos do crómio e do níquel dependem igualmente do equilíbrio de fases e do historial de processamento.

O modelo editorial e de engenharia reproduzível é:

Designação da qualidade | Forma do produto | Norma aplicável e edição | Condição | Intervalo de dimensão ou espessura | Classe de composição química ou propriedade | Elemento ou propriedade definida | Valor e unidade | Tipo de limite ou estatuto especificado/típico | Direção do ensaio | Método de ensaio e edição | Temperatura ou condição do provete | Fonte, cláusula e nota de revisão.

Publique tabelas separadas para a composição química, as propriedades mecânicas, as propriedades físicas e os valores de cálculo. Coloque as ligações para as fontes e as ressalvas explícitas junto de cada tabela e identifique todas as comparações entre normas como não aplicáveis, salvo se a norma citada determinar expressamente que são aplicáveis.

Referências

1. [1]ASTM International. Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties. ASTM standard. https://store.astm.org/a0400-69r12.html
2. [2]ASM International. Mechanical Properties of Carbon and Alloy Steels. ASM Metals Handbook. https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/49/chapter-abstract/613530/Mechanical-Properties-of-Carbon-and-Alloy-Steels
3. [3]American Institute of Steel Construction. General Content and Format of ASTM Standard Specifications for Steel Products. AISC Engineering FAQ. https://www.aisc.org/aisc/solutions-center/engineering-faqs/10-general-content-and-format-of-astm-standard-specifications-for-steel-products/
4. [4]Specialty Steel Industry of North America. Composition and Properties. SSINA technical resources. https://www.ssina.com/education/technical-resources/composition-properties/
5. [5]Nickel Institute. Properties of Some Metals and Alloys. Nickel Institute technical guide. https://nickelinstitute.org/en/resources/technical-guides/properties-of-some-metals-and-alloys-297/