Materiais Utilizados
As seções estruturais ocas (HSS) são fabricadas principalmente a partir de aços carbono, que proporcionam um equilíbrio entre resistência, ductilidade e economia para aplicações estruturais. A especificação mais comum na América do Norte é ASTM A500, um padrão de tubos de aço carbono soldados e sem costura formados a frio, disponível nos graus A, B, C e D. Por exemplo, ASTM A500 Grau C, amplamente utilizado para HSS retangulares e quadrados, requer uma resistência mínima ao escoamento de 345 MPa (50 ksi) e uma resistência à tração mínima de 427 MPa (62 ksi), com limites de composição química incluindo um teor máximo de carbono de 0,23% para garantir boa soldabilidade.[31][32]
Aços resistentes a intempéries, como ASTM A847, são empregados para aumentar a resistência à corrosão atmosférica, formando uma camada protetora de óxido que pode prolongar a vida útil sem pintura. Esta especificação de aço de alta resistência e baixa liga para HSS soldado formado a frio oferece uma resistência mínima ao escoamento de 345 MPa (50 ksi) e resistência à tração de 485 MPa (70 ksi), tornando-a adequada para estruturas externas expostas, como pontes e suportes.[33][34]
Em ambientes corrosivos, os aços inoxidáveis conforme ASTM A554 são selecionados por sua resistência superior à ferrugem e a produtos químicos, especialmente graus como 304 e 316, que proporcionam boa conformabilidade e resistência sem revestimentos adicionais. Esses aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos são usados para tubos quadrados e retangulares soldados em aplicações como instalações de processamento marítimo ou químico.[35][36]
Para aplicações leves que exigem peso reduzido e boa resistência à corrosão, ligas de alumínio como AA6061 são utilizadas, especialmente no temperamento T6, que atinge um limite de escoamento de aproximadamente 240-275 MPa (35-40 ksi) através do endurecimento por precipitação com magnésio e silício. A excelente soldabilidade e usinabilidade desta liga a tornam ideal para HSS não ferrosos em elementos aeroespaciais ou arquitetônicos.[37][38]
As classes dos materiais variam de acordo com a região para se alinharem aos padrões locais e às necessidades de desempenho. Na América do Norte, além da ASTM A500, as opções de maior ductilidade incluem ASTM A1085 para maior tenacidade e ASTM A1065 para produção contínua, ambas oferecendo limites de escoamento em torno de 345 MPa (50 ksi). As normas europeias sob EN 10210 especificam seções ocas estruturais não ligadas com acabamento a quente, como S235 com limite de escoamento mínimo de 235 MPa e S355 com 355 MPa, enfatizando a resistência ao impacto para zonas sísmicas. No Canadá, o CSA G40.21 abrange aços de qualidade estrutural para HSS, com classes como 350W proporcionando um limite de escoamento de 350 MPa e variantes de intemperismo para durabilidade em climas severos.[33][39][40]
A seleção de materiais HSS prioriza fatores como ductilidade (medida pelo alongamento, normalmente 20-25% no mínimo), soldabilidade (influenciada pelo baixo equivalente de carbono, muitas vezes abaixo de 0,45%) e resistência à corrosão (melhorada por elementos de liga como cromo ou cobre). Por exemplo, o teor de carbono é limitado a menos de 0,25% em muitos graus para minimizar o endurecimento durante a soldagem, enquanto as opções de intemperismo ou de aço inoxidável são escolhidas para exposição à umidade ou produtos químicos; essas propriedades também suportam usos como HSS preenchido com concreto para resistência composta.[31][33][41]
Processos de Produção
As seções estruturais ocas (HSS) são fabricadas principalmente por meio de um processo de conformação a frio que começa com bobinas de aço plano, normalmente de aço carbono de qualidade estrutural. A bobina é desenrolada e alimentada em uma série de suportes de perfilagem progressivos, onde a tira plana é gradualmente moldada em um perfil tubular aberto, muitas vezes começando com uma forma circular. As bordas da tira são então unidas e unidas longitudinalmente usando soldagem de alta frequência (HFW), uma técnica de soldagem por resistência que aplica corrente elétrica de alta frequência para aquecer e forjar as bordas sem material de enchimento adicional, garantindo uma ligação forte e perfeita.
As variações de formato na produção de HSS permitem diversas seções transversais, com o tubo laminado inicial geralmente circular antes do processamento adicional em perfis quadrados ou retangulares. Para HSS formado a frio, rolos de dimensionamento a frio adicionais refinam a forma à temperatura ambiente, melhorando a precisão dimensional e o acabamento superficial, enquanto o dimensionamento a quente pode ser aplicado após a soldagem para ajustar o perfil sob calor controlado. Os HSS acabados a quente, diferenciados dos tipos formados a frio, são produzidos por conformação e soldagem em temperaturas elevadas seguidas de resfriamento lento, o que é particularmente adequado para paredes mais espessas superiores a 10 mm para obter propriedades uniformes e tensões residuais reduzidas.[42][44]
O controle de qualidade é parte integrante da fabricação de HSS, envolvendo métodos de testes não destrutivos, como inspeção ultrassônica, para detectar falhas internas nas soldas sem danificar o produto. Após a soldagem e o dimensionamento, as seções são endireitadas para corrigir eventuais distorções e são cortadas em comprimentos especificados por meio de serras automatizadas para maior precisão. A produção segue padrões como ASTM A500, que exige uma tolerância mínima de espessura de parede de ±5% (excluindo cantos) e limita o raio do canto externo a não mais que três vezes a espessura nominal da parede para garantir a integridade estrutural.[42][45][31]
Desde a década de 2010, as siderúrgicas modernas que produzem HSS incorporaram considerações ambientais, como fornos avançados com eficiência energética e otimizações de processos, levando a reduções modestas nas emissões; por exemplo, a intensidade direta de CO2 da indústria siderúrgica global registou um ligeiro declínio de cerca de 3% (de 1,91 t CO2/t aço em 2010 para 1,85 t em 2020) através de melhores tecnologias de reciclagem e de baixo carbono, a partir de dados de 2020. A partir de 2025, os avanços incluem uma maior adoção de fornos elétricos a arco (EAF) na produção de HSS, que emitem ~0,4 t CO2/t aço em comparação com ~2 t para altos-fornos tradicionais, e projetos piloto para redução direta baseada em hidrogênio para reduzir ainda mais as emissões.[46][47][48]