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Noções básicas sobre materiais

Tipos de aço: sistemas de classificação, convenções de designação e famílias de tipos

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Tipos de aço: sistemas de classificação, convenções de designação e famílias de tipos

As classes de aço são o mecanismo formal pelo qual a indústria siderúrgica global comunica a identidade do material. A designação de uma classe informa a um engenheiro, comprador ou fabricante com o que está trabalhando: sua composição, a faixa esperada de propriedades e a norma segundo a qual foi produzido. Sem um sistema de classes em funcionamento, a rastreabilidade do material e a conformidade com as especificações seriam impossíveis em qualquer escala significativa.

A classificação de classes de aço vem sendo desenvolvida ao longo de muitas décadas por organizações de normalização (SDOs) que atuam de forma independente em diferentes regiões e setores. As principais são a ASTM e a AISI nos Estados Unidos, a EN na Europa, a JIS no Japão, a GB na China e a ISO em nível internacional. Como esses sistemas evoluíram separadamente, o mesmo aço é frequentemente conhecido por diferentes designações em diferentes mercados, o que cria um desafio persistente de referência cruzada para os engenheiros que atuam em cadeias de suprimentos internacionais.

Como os tipos de aço são classificados

Não existe um único sistema universal de classificação para os tipos de aço. Diferentes sistemas priorizam diferentes atributos, dependendo da finalidade de uso e da tradição do órgão normatizador que os desenvolveu. Na prática, os tipos de aço são classificados com base em um ou mais dos seguintes critérios:

A composição química é a base mais comum, distinguindo os aços ao carbono, os aços de baixa liga e os aços inoxidáveis pelo tipo e pela quantidade de elementos de liga presentes. O método de fabricação, o processo de acabamento e a forma do produto também são utilizados em alguns sistemas, refletindo o fato de que a mesma composição, quando processada de maneira diferente — seja laminada a quente ou a frio, por exemplo —, resulta em um produto substancialmente diferente. A microestrutura é outro critério, utilizado especialmente quando a constituição de fases do aço — ferrítica, perlitica, martensítica ou austenítica — é a característica determinante para a aplicação. O nível de resistência é utilizado em sistemas de aço estrutural, nos quais a própria designação da classe indica o limite de escoamento mínimo. A condição de tratamento térmico — se o aço é fornecido normalizado, temperado e revenido ou processado termomecanicamente — também é utilizada como base de classificação, particularmente nas normas para vasos de pressão e chapas de alta resistência.

Na prática, uma especificação completa de classe de aço incorpora várias dessas dimensões simultaneamente. Uma designação estrutural de classe, como S355J2, codifica a resistência mínima ao escoamento, a classe de energia de impacto e a condição de entrega em uma única sequência. Uma designação AISI, como 4140, codifica a família de ligas e o teor nominal de carbono. Compreender a lógica do sistema de designação em uso é um pré-requisito para interpretar corretamente uma designação de classe.

Famílias de classes baseadas em carbono

A classificação primária mais amplamente utilizada para aços carbono e ligados divide os tipos de acordo com o teor de carbono, uma vez que o carbono é a variável dominante que determina a resistência, a dureza e a soldabilidade. Três grandes grupos são reconhecidos na maioria dos sistemas de normas.

Os aços de baixo teor de carbono, geralmente com teor de carbono inferior a 0,30% em peso, são a categoria mais amplamente produzida. Eles incluem aços estruturais macios, classes sem intersticiais (IF) para estampagem profunda, classes de alta resistência e baixa liga (HSLA) e famílias de aços avançados de alta resistência, como os aços TRIP e TWIP. No sistema AISI, essa faixa abrange classes que vão da AISI 1005 até aproximadamente a AISI 1026. Esses aços são facilmente soldáveis, moldáveis e estão disponíveis na mais ampla variedade de formas de produtos.

Os aços de carbono médio, com teor de carbono geralmente entre 0,30% e 0,60%, são utilizados quando é necessária maior resistência e quando o aço normalmente será submetido a tratamento térmico. Engrenagens, eixos, hastes e componentes ferroviários se enquadram nessa faixa. No sistema de aços ao carbono da AISI, isso corresponde aproximadamente às normas AISI 1029 a AISI 1053.

Os aços de alto teor de carbono, com teor de carbono superior a 0,60%, são indicados quando a dureza e a resistência ao desgaste após o tratamento térmico são os principais requisitos. Molas, ferramentas de corte, cabos de aço e componentes resistentes ao desgaste são aplicações típicas. O sistema AISI abrange, nessa faixa, os tipos que vão aproximadamente de AISI 1055 a AISI 1095.

Classificação de Qualidade Europeia

A classificação europeia, de acordo com o sistema de normas EN, organiza os tipos de aço em famílias distintas que refletem tanto a composição quanto a aplicação pretendida. Os tipos de aço estrutural não ligado, como o S235 e o S275, são definidos principalmente pelo limite de escoamento mínimo e constituem a espinha dorsal da construção civil e da fabricação em geral. As classes para conformação a frio, como DC01 a DC06, são classificadas com base na conformabilidade, e não na resistência. Aços ligados, como o 25CrMo4, são designados por sua composição, sendo que o nome da classe codifica os principais elementos de liga e suas concentrações aproximadas. Aços inoxidáveis, aços para ferramentas, aços elétricos e aços para chapas e tiras formam, cada um, seu próprio grupo de classificação com convenções de designação distintas.

A família dos aços para ferramentas ilustra a complexidade entre sistemas com a qual os engenheiros frequentemente se deparam. Uma classificação como AISI/SAE W110 aparece tanto no sistema EN (como EN 1.1545) quanto no sistema AISI/SAE, e referências cruzadas semelhantes se aplicam a toda a gama de aços para ferramentas. O mesmo padrão de designações paralelas se aplica a todas as famílias de classes, razão pela qual a capacidade de fazer referências cruzadas entre os sistemas é tão importante na prática.

A mesma classe, especificações diferentes

Um aspecto do sistema de classificação que é frequentemente subestimado é que a mesma designação de classe pode abranger uma gama significativa de valores de propriedades, dependendo da norma e da subespecificação aplicável. A classe de aço-liga 34CrMo4 é um exemplo útil. Ela é especificada tanto no sistema DIN quanto no EN e, somente na família EN, há múltiplas subespecificações que abrangem diferentes formas de produto e condições de tratamento térmico, cada uma estabelecendo diferentes requisitos de propriedades. Em toda a gama de subespecificações, os valores das propriedades de tração podem variar em um fator de três ou mais, todos sob o mesmo nome de classe.

Isso não é uma anomalia; reflete a realidade legítima de que a mesma composição, quando processada e submetida a tratamento térmico de maneira diferente, produz desempenho mecânico genuinamente diferente. A consequência prática para os engenheiros é que especificar apenas o nome do tipo de material não é suficiente. A norma aplicável, a subespecificação e a condição de entrega exigida devem ser definidas para garantir que o material fornecido atenda à intenção do projeto.

Saiba mais sobre a série Steel

Este artigo explica como os tipos de aço são classificados, designados e organizados em famílias. Os guias relacionados da série “Aço” fornecem os detalhes complementares. O guia “Composição do Aço” apresenta os elementos químicos que compõem cada tipo, e o guia “Propriedades do Aço” aborda o comportamento mecânico e físico que se espera de cada tipo. “Especificações do Aço” explica os documentos técnicos completos que definem os requisitos dos tipos, enquanto “Normas do Aço” aborda as estruturas nas quais esses documentos se enquadram. “Equivalentes do Aço” explica como os tipos de diferentes sistemas nacionais são comparados e referenciados entre si. Juntos, eles relacionam a classificação dos tipos com a composição, as propriedades, as especificações e as normas que lhes conferem significado.

Perguntas frequentes (FAQs)

O que é um tipo de aço e o que a designação desse tipo indica?

Um tipo de aço é uma classificação formal que define os limites de composição do aço, as propriedades mecânicas esperadas e a norma segundo a qual ele é produzido. A própria designação codifica informações diferentes dependendo do sistema: nas normas estruturais europeias, ela normalmente inclui a resistência mínima ao escoamento e a classe de tenacidade; no sistema AISI de aço-carbono, ela codifica a família de ligas e o teor de carbono; nas designações de aço-liga da norma EN, ela codifica os principais elementos de liga e suas concentrações aproximadas. Para interpretar corretamente uma designação de tipo, é necessário compreender as convenções do sistema ao qual ela pertence.

Por que existem tantos sistemas diferentes de classificação de aço?

Os sistemas de classificação de qualidades foram desenvolvidos de forma independente por órgãos de normalização nacionais e regionais ao longo de muitas décadas, refletindo cada um as prioridades industriais, as tradições relacionadas aos materiais e os ambientes regulatórios de sua respectiva região. Como esses sistemas evoluíram separadamente, em vez de a partir de uma estrutura comum, o mesmo aço é frequentemente designado de maneiras diferentes nos sistemas ASTM, EN, JIS e outros. A harmonização em nível internacional por meio da ISO resolve parte dessa complexidade, mas não substituiu os sistemas nacionais já estabelecidos.

Qual é a diferença entre um tipo de aço e uma especificação de aço?

Uma classe de aço identifica o material por sua família de composição e designação. Uma especificação é o documento técnico completo que define os requisitos que o material deve atender, incluindo limites de composição, valores mínimos de propriedades mecânicas, requisitos de ensaio, tolerâncias dimensionais e requisitos de marcação. Uma mesma classe pode constar em várias especificações, cada uma impondo requisitos diferentes, dependendo da forma do produto ou da aplicação.

Uma mesma designação de grau pode ter valores de propriedade diferentes em normas distintas?

Sim, e essa é uma fonte comum de confusão. O mesmo nome de classe pode aparecer em várias normas ou subespecificações, cada uma definindo requisitos diferentes de propriedades mecânicas com base na forma do produto, na espessura da seção ou na condição de tratamento térmico. A classe 34CrMo4, por exemplo, abrange várias subespecificações apenas no sistema EN, com valores de propriedades que variam substancialmente entre elas. Especificar o nome de uma classe sem indicar a norma e a condição aplicáveis não é suficiente para definir completamente os requisitos do material.

Como posso encontrar classes de aço equivalentes em diferentes normas nacionais?

A equivalência entre classes publicadas de acordo com normas diferentes é avaliada por meio da comparação direta dos limites de composição e dos requisitos de propriedades mecânicas. A semelhança entre os nomes não é um indicador confiável.