Esta é uma consideração crítica de engenharia conhecida como “efeito de espessura” ou “efeito de tamanho”. As propriedades mecânicas do aço Q355B degradam-se com o aumento da espessura, particularmente em termos de limite de escoamento, resistência à tração e resistência ao impacto. Isso é explicitamente contabilizado em padrões como GB/T 1591-2018.
Aqui está uma análise detalhada de como e por que as propriedades mudam e os principais dados:
1. Principais alterações de propriedades com espessura
a) Resistência ao escoamento (ReH) e Resistência à tração (Rm) – QUEDAS DE FORÇA
À medida que a placa/espessura aumenta, o rendimento mínimo garantido e a resistência à tração diminuem. Este é o fator de design mais importante.
Valores padrão de GB/T 1591-2018 para Q355B:
| Espessura do Produto (t) ou Diâmetro (mm) | Resistência ao escoamento (ReH) Mín (MPa) | Resistência à tração (Rm) (MPa) |
|---|---|---|
| t Menor ou igual a 16 | 355 | 470 - 630 |
| 16 < t Menor ou igual a 40 | 345 | 470 - 630 |
| 40 < t Menor ou igual a 63 | 335 | 470 - 630 |
| 63 < t Menor ou igual a 80 | 325 | 470 - 630 |
| 80 < t Menor ou igual a 100 | 315 | 470 - 630 |
| 100 < t Menor ou igual a 150 | 305 | 450 - 600 |
| 150 < t Menor ou igual a 250 | 285 | 450 - 600 |
| > 250 | 265 | 440 - 590 |
Exemplo:Uma placa de 20 mm de espessura tem um rendimento mínimo de 345 MPa, enquanto uma placa de 100 mm de espessura tem apenas 315 MPa-uma redução de aproximadamente 11%. Os projetistas devem usar o valor correto para sua espessura específica.
b) Resistência ao Impacto – QUEDAS DE RESISTÊNCIA
A energia de impacto Charpy garantida em +20 grau (maior ou igual a 34 J para Q355B) se aplica a amostras padrão de 10x10mm. Para placas mais grossas:
Por meio da-inomogeneidade de espessura:O núcleo de uma placa espessa esfria mais lentamente durante a laminação, resultando em uma estrutura de granulação mais grossa e menor tenacidade em comparação com a superfície de granulação-mais fina.
Localização da amostra:Se as amostras de impacto forem retiradas de 1/4 de espessura ou posição central (conforme exigido para placas pesadas de acordo com algumas especificações), os valores medidos serãomais baixodo que aqueles de um local de superfície.
Implicação prática:Para aplicações críticas (por exemplo, sísmica, offshore), placas espessas de Q355B podem exigir a atualização para Q355C/D/E para garantir resistência adequada em-espessura.
c) Ductilidade – LEVEMENTE REDUZIDA
Alongamento (A%) also has a slight thickness dependency in the standard, with minimum requirements decreasing modestly for thicker sections (e.g., from ≥21% for t≤40mm to ≥19% for t>63mm).
d) Através das-propriedades de espessura (direção-Z) – SIGNIFICATIVAMENTE REDUZIDA
Risco de laminação:Placas mais espessas são mais propensas à segregação de impurezas (S, P) no meio-da espessura durante a solidificação.
Resistência à tração na direção Z-:Se o projeto exigir resistência-da espessura (para resistir ao rasgo lamelar em juntas soldadas), o padrão Q355B pode ser insuficiente.Aço de qualidade Z15, Z25 ou Z35(conforme GB/T 5313) com redução garantida de área na direção da espessura deve ser especificado para conexões soldadas espessas e altamente restringidas.
2. Causas raízes do efeito de espessura
Processo de Fabricação (Rolamento e Resfriamento):
Efeito de têmpera de superfície:Placas mais finas esfriam mais rápido após a passagem final de laminação, resultando em uma microestrutura de ferrita-perlita mais fina na superfície, que é mais forte e resistente.
Resfriamento mais lento do núcleo:O núcleo das placas grossas esfria muito mais lentamente, permitindo que os grãos cresçam, resultando em uma microestrutura mais grosseira e fraca.
Menos redução de rolamento:O núcleo de uma placa espessa sofre menos deformação mecânica (redução) durante a laminação em comparação com as camadas superficiais, o que também contribui para grãos mais grossos.
Fatores estatísticos e metalúrgicos:
Probabilidade de defeitos:Seções mais espessas têm um volume maior de material, aumentando a probabilidade de conter inclusões, micro{0}}vazios ou segregação química que podem enfraquecer o material.
Tensões residuais:Tensões residuais mais altas devido ao resfriamento irregular em chapas grossas podem efetivamente reduzir o limite de escoamento medido.
3. Implicações críticas para projeto e fabricação
| Atividade | Implicação do efeito de espessura |
|---|---|
| Projeto Estrutural | A resistência de projeto (fy) DEVE ser selecionada com base na espessura real do membro. Usar o valor "t menor ou igual a 16 mm" (355 MPa) para uma viga de 50 mm de espessura não é-conservador e inseguro. Consulte sempre a tabela de propriedades-de espessura em GB/T 1591. |
| Aquisição de materiais | Nos pedidos de compra, especifique o grau (Q355B) e a faixa de espessura (por exemplo, 40 < t Menor ou igual a 63 mm) para garantir que a usina forneça aço que atenda à garantia de resistência correta. |
| Soldagem de Chapas Grossas | O pré-aquecimento e a entrada de calor controlada tornam-se obrigatórios para evitar o endurecimento excessivo e rachaduras na ZTA de seções espessas do Q355B. Considere passar manteiga ou usar juntas de transição para soldas muito espessas. |
| Aplicações Críticas | Para placas espessas em estruturas de momentos sísmicos ou nós offshore, considere atualizar: • Para Q355C/D/E para melhor tenacidade. • Para Q355GJ (aço de alto-desempenho) para resistência mais estável em todas as espessuras. • Especificação de propriedades direcionais-Z para evitar ruptura lamelar. |
Resumo
As propriedades mecânicas do aço Q355B não são constantes; eles são uma função da espessura do produto. Com o aumento da espessura:
Diminuição do rendimento e da resistência à tração (de acordo com tabelas padrão).
A resistência ao impacto, especialmente no núcleo, diminui.
O risco de defeitos internos (laminações) aumenta.
Portanto, os engenheiros nunca devem usar um único “valor manual” para o Q355B. Os valores mínimos específicos-de espessura do padrão de material (GB/T 1591-2018, Tabela 2) são os valores juridicamente vinculativos para projeto e construção. Para aplicações críticas de seção-espessa, muitas vezes são necessários requisitos suplementares para propriedades de tenacidade e espessura total.