Conversão de Graus de Aço ASTM: Guia Prático para Projetistas

Especificando aço para fabricação no exterior

Ao fabricar no exterior, projetistas norte-americanos podem precisar navegar diferenças de idioma falado. A especificação de engenharia também é uma linguagem, e as especificações padrão para materiais e processos são definidas de forma diferente em cada país do mundo. Para um projetista novato, os graus de aço podem parecer simples, onde o aço inoxidável 316 é um material e o ferro fundido outro, mas existem variações em cada uma dessas categorias de metal. Rumores abundam sobre pessoas recebendo aços de baixa qualidade de outras jurisdições. Isso deixa alguns projetistas se perguntando se há algo intrínseco nos padrões oficiais de outros países que pode levar a essas reclamações.

Padrões internacionais não se traduzem, metal-por-metal, da maneira como as palavras poderiam traduzir. Ao converter de um padrão para outro, é quase impossível encontrar composições idênticas para um dado tipo de metal. A questão torna-se: você pode encontrar um equivalente? Isso pode ser confuso, pois cada grau de metal nomeado tem sua própria química e diretrizes de produção.

Para pessoas sem formação em materiais, essas diferenças podem tornar a compra de metal fabricado no exterior arriscada, como pedir uma imitação inferior. No entanto, a qualidade dos graus de aço é tão boa, país a país. Entender o que constitui um padrão ou especificação de aço pode ajudar uma empresa norte-americana a navegar na produção no exterior.

Graus de aço explicados

Ligas metálicas são misturas de diferentes proporções de elementos. Um padrão inclui a química, ou "receita" para a liga, documentando quais elementos diferentes devem ser fundidos nela. Instruções específicas também podem ser dadas sobre temperatura de fusão, resfriamento e tratamento.

Padrões publicados também registram as propriedades mecânicas de um metal especificado. Se feito corretamente, um metal deve não apenas ter a análise química correta, mas também desempenhar dentro da faixa correta em testes mecânicos.

Aços contêm ferro e carbono. Padrões para cada grau de aço especificam as proporções por peso de cada um desses elementos, bem como quaisquer elementos adicionais ligados a eles. Essas adições podem criar diferentes características: por exemplo, o cromo está presente no aço inoxidável para ajudar a prevenir ferrugem.

Na maioria dos padrões de metal para consumidores, as proporções de cada elemento recebem uma faixa aceitável, em vez de um número preciso. Por exemplo, o aço grau ASTM 1050 é assim chamado porque contém aproximadamente 0,50% de carbono em peso. No entanto, a tolerância para porcentagem de carbono no padrão ASTM 1050 é 0,48-0,55%. Uma especificação japonesa similar define carbono entre 0,47-0,53% e permite silício e outros elementos traço, enquanto o padrão ASTM não permite.

Especificações de aço frequentemente fornecem faixas para carbono, manganês, silício, fósforo, enxofre, cromo, níquel e molibdênio, e nenhuma define faixas idênticas para cada elemento. É por isso que padrões de aço de diferentes organizações não são correspondências precisas: as tolerâncias apenas se sobrepõem. Se um aço especifica menos de 0,007% de teor de enxofre, e outro permite até 0,040%, são aços diferentes? Pequenas mudanças não importam em muitas situações, mas podem ser relevantes dependendo do uso pretendido do metal.

Não é apenas a química, mas também o processamento, que muda o comportamento de um metal. O metal é cristalino e forma microestruturas de grão à medida que esfria. Química, fusão, resfriamento e tratamento térmico podem todos mudar o grão do metal. Isso influencia diretamente a resistência à tração, dureza e fragilidade. Portanto, a especificação do aço também pode incluir as etapas de produção necessárias para criar microestruturas particulares, incluindo grãos de martensita, austenita ou ferrita.

Ao fazer uma substituição entre um padrão e outro, um metalurgista ou engenheiro qualificado avaliará graus comparáveis com base em propriedades mecânicas. O engenheiro considera o que o produto final precisa fazer e em quais condições. Usando seu conhecimento de química, a carga de trabalho esperada e o conhecimento das condições em que o produto trabalhará, eles podem encontrar um aço para os requisitos do produto em qualquer padrão. Todos os padrões de aço reconhecidos geralmente têm rigor equivalente, tornando essa tradução possível.

Não é uma diferença nos padrões publicados que é a fonte de metais estrangeiros de baixa qualidade.

Guia para organizações de padrões

Existem muitas organizações de padrões que estabelecem especificações para fabricação.

Na maioria dos países, os padrões de metal começaram quando organizações de fabricação de metal se reuniram para criar e distribuir um "livro de receitas" para membros de sua indústria.

À medida que a Revolução Industrial progrediu, essa padronização pareceu tão benéfica para a indústria que organizações guarda-chuva, que uniam diferentes organizações relacionadas, começaram a surgir.

Por exemplo, o American Iron and Steel Institute (AISI) especifica muitos graus de aço; eles são a organização de fabricação original a padronizar aço nos Estados Unidos. Sua experiência, junto com outros corpos interessados na produção e uso de aço, foi usada para criar o American Standard for Testing and Materials (ASTM), uma organização de padrões mais geral que cria documentos para produção e teste em muitos campos de fabricação relacionados. A ASTM não especifica apenas aço, mas também outros materiais (metais, plásticos, tintas) assim como diversos procedimentos de teste — desde medir o peso de revestimentos até testar quão bem barreiras protegem contra ataques de veículos.

Existem também organizações de alto nível que não criam seus próprios padrões, mas organizam outros corpos e credenciam aqueles que publicam documentos de padrões completos e rigorosos. ANSI, ou American National Standards, credencia 41 organizações especializadas similares à ASTM. Estas incluem uma gama desde coloristas têxteis até a indústria de cuidados com árvores.

ISO, a International Organization for Standardization, é um corpo de padronização internacional que se baseia em corpos membros, um de cada país, para expertise. ANSI é o corpo membro americano para a ISO.

Navegar por essa hierarquia de padrões pode parecer impossível, mas como tantos já o fizeram, metais comparáveis são conhecidos para a maioria das ligas regularmente usadas.

Exemplo de organizações de padrões especificando aço

Esta lista de organizações de padrões não é completa, mas foi escolhida para refletir a complexidade e variação da padronização em todo o mundo e demonstrar os padrões que um engenheiro de metal pode encontrar ao especificar um produto.

Internacionais

• ISO: International Organization for Standardization
  • Pode parecer que "ISO" é um acrônimo errado — não deveria ser "IOS"? Não; ISO não se destina a ser um acrônimo. O prefixo "iso" vem do grego, significando "igual". A ISO é uma rede global das principais organizações de padrões em cada país. A ISO oferece padrões para metais separados, mas informados por organizações membros globais.
• ASTM International: American Standard for Testing and Materials
  • A ASTM era originalmente uma organização de padrões americana, mas agora tem 12.000 padrões em 140 países participantes. A ASTM integra os padrões de organizações menores lideradas pela indústria (veja AISI e ASME abaixo).

Américas

• AISI: The American Iron and Steel Institute
  • Iniciada em 1855 como a American Iron Association para "tomar medidas adequadas para promover os interesses do comércio em todos os seus ramos", a AISI foi uma das primeiras a fornecer padrões norte-americanos para várias linhas de produtos de aço.
• ASME: The American Society of Mechanical Engineers
  • Engenheiros mecânicos fundaram esta organização em 1880. Em 1905, uma explosão de caldeira fez a ASME começar a buscar a criação de padrões para proteger e evitar que tragédias semelhantes se repetissem. Padrões de aço são importantes para a ASME, pois propriedades do material determinam cargas de trabalho seguras.
• ANSI: American National Standards Institute
  • ANSI é a organização guarda-chuva de alto nível fornecendo supervisão nos EUA, e é o corpo membro americano para a ISO. Formada em 1918, gerencia os padrões de consenso voluntário para produtos, serviços, processos, sistemas e pessoal nos EUA.
• CSA Group: Canadian Standards Association
  • A Canadian Standards Association especifica aço no Canadá. Formou-se em 1919 quando a indústria descobriu que a incapacidade de se comunicar facilmente dificultava que empresas canadenses respondessem rápido o suficiente ao esforço de guerra. Padronizar processos industriais tornou possível que a indústria fundisse a produção de uma forma nunca tentada. A CSA trabalha em nível industrial, mas há um corpo superior, o SCC ou Standards Council of Canada, que é o equivalente da ANSI. No Canadá, é uma corporação pública, não privada.
• DGN: Dirección General de Normas
  • Esta organização de padrões é o corpo membro mexicano da ISO. É uma agência governamental em vez de voluntária, criando padrões e exercendo os poderes e regulamentos de vários departamentos governamentais.

Europa

A Europa tem três corpos guarda-chuva: CEN, CENELEC e ETSI. Em especificação de aço, é mais comum encontrar os seguintes:

• DIN: Deutsches Institut für Normung
  • Fundada pela primeira vez como organização de padrões da indústria em 1917, a DIN foi reconduzida como grande organização de padrões na década de 1920. Este é o corpo membro da Alemanha na ISO.
• BSI Group: British Standards Institution
  • A BSI foi o primeiro corpo nacional de padrões do mundo, formado em 1901. Uma de suas primeiras especificações foi para o aço a ser usado em bondes, para garantir segurança e durabilidade. É uma das fundadoras da ISO, e o corpo membro britânico para essa organização.

Ásia

• JISC: Japanese Industrial Standards Committee
  • O JISC é o corpo membro japonês da ISO e mantém o JIS, ou Japanese Industrial Standards, que foram estabelecidos durante a Segunda Guerra Mundial para simplificar a produção de materiais. Em 1949, leis foram promulgadas para criar a base legal do JIS.
• GB: Guobiao
  • A Standardization Administration of China (SAC) é o corpo membro da ISO. Os padrões que emite são conhecidos como GB ou padrões Guobiao. Estes são a base para testes e certificação de produtos na China.

Especificando na prática

Em todas essas especificações, muitas vezes existem substituições claras para ligas comumente usadas. O aço ASTM 1050 mencionado anteriormente pode ser substituído por GB#50 ou JIS S 50 C. Para cada especificação, existem pequenas variações na química. Um engenheiro com conhecimento da aplicação pode aconselhar se essas diferenças serão um problema para o produto final.

Na maioria dos casos, o que realmente muda não é o metal, mas a papelada. Mesmo que os padrões sejam ligeiramente diferentes, o material que sai no final será quase o mesmo. Nisso, especificar metal é um pouco como misturar cores de tinta, nas quais adições medidas de pigmento são adicionadas a uma tinta base. Duas cores quase idênticas serão chamadas de nomes diferentes por diferentes fabricantes e terão tolerâncias de pigmento variadas. Além disso, cada lote misto de tinta pode ser minimamente diferente do anterior. Ainda assim, especialistas sabem quais substituições podem ser feitas entre fabricantes, e um verde neon nunca será confundido com um vermelho rubi.

Da mesma forma, um metalurgista saberá o que "suficientemente próximo" significa. Ao projetar um produto, engenheiros incluirão um fator de segurança. Isso significa que eles superdimensionam o produto, para que o material possa suportar forças maiores que aquelas para as quais são classificados (um fator de segurança típico quando a vida humana está em jogo é um fator de cinco). Este fator de segurança é geralmente pelo menos uma ordem de magnitude maior que as leves variações em propriedades mecânicas que existem entre padrões, então as variações não se tornam preocupações de projeto.

Exceções a isso estão em aplicações militares e aeroespaciais, onde a tolerância para variação é muito, muito menor. Mesmo uma leve mudança nas propriedades mecânicas pode significar desastre. Para esses casos, o mesmo padrão deve sempre ser rigorosamente aplicado.

Comprador atento — em qualquer jurisdição

A papelada é fácil de fazer. Padrões não são tão diferentes, nem tão descuidados, a ponto de serem as razões para os rumores sobre aço estrangeiro.

O que mais importa é o controle de qualidade dentro da fábrica. Bom aço deve estar livre de inclusões, consistente em todo o seu corpo, e ter defeitos muito menores e principalmente superficiais. Na fundição, há muitos lugares onde um grau de aço bem especificado poderia ser mal feito: matéria-prima de entrada, idade e manutenção dos fornos, tempo no calor, desescoriamento, a arte do modelo e o cuidado durante o vazamento todos contribuem para o sucesso do produto feito.

Mau aço pode ser produzido em qualquer especificação, se não for feito com cuidado.

Fazer a papelada não é quase tão importante quanto garantir que um fabricante está produzindo qualidade com o devido cuidado e atenção. Esta é uma das razões pelas quais o aço de outras jurisdições pode ganhar má reputação. Ao pedir de longe, não visitar a fábrica pode significar perder aquelas pistas que sugerem que um fabricante é descuidado em seu trabalho. Se o fabricante está do outro lado do mundo em vez de na esquina, isso é mais difícil de avaliar.

No entanto, viagens de negócios tornam o mundo muito menor do que já foi. Relacionamentos e supervisão ao longo da cadeia de suprimentos são tão importantes em uma economia global quanto em uma local. Conhecer pessoas e aprender quem elas são, examinar o que valorizam em seus negócios, faz toda a diferença ao buscar o fornecedor certo. Garantia de qualidade em ambas as pontas é importante, para monitorar as variações que podem acontecer ao longo de uma produção.

Como em muito nos negócios, o problema é humano. Padrões e automação são importantes, mas não substituem bom julgamento e compromisso com a excelência. No final, a qualidade do aço é um produto do cuidado e atenção na fabricação, seja qual for a jurisdição em que é fabricado.

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