DNV A vs DNV B – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

DNV A e DNV B são referências comuns de grau de material encontradas em especificações estruturais offshore e marinhas regidas pelas regras da DNV e por estruturas de classificação semelhantes. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação costumam decidir entre esses dois ao equilibrar prioridades concorrentes: custo vs. desempenho, soldabilidade vs. resistência e fabricabilidade vs. durabilidade a longo prazo. Os contextos típicos de decisão incluem membros estruturais do casco e da parte superior, estruturas de suporte e componentes onde a aprovação da sociedade de classificação e a rastreabilidade são necessárias.

A principal distinção entre DNV A e DNV B reside na rigidez dos requisitos padrão aplicados aos limites químicos e critérios de aceitação de propriedades mecânicas: um grau é especificado para atender a envelopes de resistência e/ou tenacidade mais exigentes e controles composicionais mais rigorosos, enquanto o outro enfatiza uma fabricação mais fácil e maior tolerância para química de baixo teor de liga convencional. Como ambos os graus são usados para aços estruturais, eles são comumente comparados quando uma equipe de design deve otimizar o desempenho sob restrições de fabricação, soldagem e serviço.

1. Normas e Designações

• Principais normas que se cruzam com as especificações de materiais da DNV: ASTM/ASME (por exemplo, aços estruturais de carbono e de baixa liga), EN (graus de aço estrutural europeu), JIS (normas industriais japonesas) e GB (normas nacionais chinesas). As regras da DNV frequentemente fazem referência ou se mapeiam para essas normas, mas adicionam critérios de aceitação específicos de classificação (por exemplo, energia de impacto, tenacidade dependente da espessura).
• Classificação de material:
• DNV A: Geralmente tratado como um aço estrutural de carbono ou de baixa liga adequado para aplicações estruturais soldadas (comum na família de carbono/HSLA).
• DNV B: Representa tipicamente um aço estrutural/baixo-liga mais rigorosamente controlado com requisitos de resistência/tenacidade mais altos ou elementos de microligação adicionais (comportamento do tipo HSLA em muitos casos).
• Nenhuma das designações é um nome de família de aço inoxidável, ferramenta ou liga clássica por si só; elas indicam graus orientados para o serviço definidos pelos requisitos de classificação, em vez de um único padrão metalúrgico.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Abaixo está uma comparação qualitativa focada nos elementos que mais influenciam o comportamento mecânico e de fabricação. As porcentagens não são mostradas porque os requisitos de classificação dependem da edição específica da regra e da forma do produto; em vez disso, a presença relativa e a função são indicadas.

Como a liga afeta o comportamento: - O carbono e o manganês são os principais responsáveis pela resistência em aços estruturais de carbono-manganês; no entanto, maior resistência via C aumenta o risco de soldabilidade e suscetibilidade a trincas na ZTA. - A microligação com Nb, V e Ti permite maior resistência de escoamento através do endurecimento por precipitação e refino de grão, enquanto permite baixo carbono para melhor soldabilidade e tenacidade—essa estratégia é mais provável de ser empregada ou mais rigorosamente especificada para o grau com requisitos mecânicos mais rigorosos. - O controle rigoroso de P e S melhora a tenacidade a baixas temperaturas e reduz a dispersão nos resultados de impacto—frequentemente uma distinção definidora para o grau mais exigente.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas para os dois graus sob processamento comum:

• DNV A:
• Microestrutura típica: ferrita-perlita ou ferrita com constituintes bainíticos finos, dependendo da espessura e da taxa de resfriamento.
• Processamento: produzido por meio de laminação convencional e normalização; o processamento de controle termo-mecânico (TMCP) pode ser usado, mas com parâmetros de laminação/acabamento moderados.

• Resposta ao tratamento térmico: responde de forma previsível à normalização e têmpera; a têmpera e têmpera é menos comumente especificada para placas estruturais gerais.

• DNV B:

• Microestrutura típica: matriz de ferrita-bainita de grão mais fino, possivelmente com ferrita alotrimórfica controlada e precipitados de microligação dispersos quando TMCP ou microligação é utilizada.
• Processamento: frequentemente especificado com TMCP para alcançar temperatura de laminação final controlada e resfriamento para refinar o tamanho do grão e aumentar a resistência sem alto carbono.
• Resposta ao tratamento térmico: se beneficia de laminação controlada e resfriamento acelerado para obter microestruturas bainíticas-ferríticas; a têmpera e têmpera podem ser usadas para componentes menores onde maior resistência é necessária.

Efeito das rotas: - A normalização refina o tamanho do grão e melhora a tenacidade para ambos os graus; DNV B geralmente requer controle mais rigoroso dos ciclos de normalização para atender a critérios de aceitação mais rigorosos. - A têmpera e têmpera resultam em maior resistência, mas requerem controle cuidadoso para manter a tenacidade necessária e podem aumentar as considerações de equivalente de carbono para soldagem. - TMCP é uma rota comum para alcançar maiores resistências de escoamento (por exemplo, para requisitos semelhantes ao DNV B) enquanto mantém o carbono baixo para preservar a soldabilidade.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela a seguir resume o comportamento mecânico relativo esperado; os limites de propriedades específicas devem ser verificados em relação ao conjunto atual de regras da DNV e certificados de fábrica.

Qual é mais forte, mais resistente ou mais dúctil, e por quê: - Resistência: DNV B é tipicamente o grau mais forte devido à microligação, TMCP ou limites mecânicos especificados mais altos. - Tenacidade: DNV B é comumente especificado para ter maior tenacidade garantida (energia de impacto), frequentemente por meio de controles mais rigorosos na química e no processamento. - Ductilidade: DNV A pode mostrar ligeiramente maior alongamento em um determinado nível de tração porque geralmente é produzido para alvos de resistência mais baixos; no entanto, os aços DNV B modernos com TMCP podem manter uma ductilidade razoável enquanto aumentam a resistência.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é governada pelo nível de carbono, capacidade de endurecimento e microligação. Dois índices empíricos comumente usados para avaliar a soldabilidade são:

• Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (Dearden–Brasch): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - Valores mais baixos de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam soldabilidade mais fácil e menores requisitos de pré-aquecimento/PWHT. DNV A, com controles de resistência e composição menos rigorosos, geralmente resulta em índices de capacidade de endurecimento mais baixos e melhor soldabilidade. - DNV B, devido ao aumento de Mn ou microligação deliberada para atender a metas mecânicas mais altas, pode exibir equivalentes calculados mais altos e, portanto, pode precisar de maior pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas ou tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) para seções grossas. - Elementos de microligação (Nb, V, Ti) refinam o grão e aumentam a resistência enquanto mantêm o carbono baixo—isso ajuda a reter a soldabilidade em comparação com o aumento da resistência apenas via carbono. - Considerações práticas de soldagem: ajustar o consumo de correspondência, limitar a entrada de calor para aços semelhantes ao HSLA e aplicar pré-aquecimento e PWHT apropriados por espessura e orientações de CE/Pcm e qualificações de procedimento de soldagem da DNV.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Ambos DNV A e DNV B são normalmente aços de carbono/baixa liga não inoxidáveis para uso estrutural. A resistência à corrosão em ambientes marinhos ou offshore é alcançada por sistemas de proteção em vez de ligações intrínsecas.
• Estratégias de proteção típicas: galvanização industrial, spray térmico de alumínio, sistemas de revestimento de alto desempenho (primer epóxi, revestimentos de poliuretano), proteção catódica para partes imersas e ânodos sacrificiais.
• Considerações inoxidáveis: PREN não é aplicável para essas designações não inoxidáveis. Para ligas inoxidáveis, PREN é calculado como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas isso está fora do escopo ao comparar DNV A e DNV B, uma vez que ambos são aços estruturais não inoxidáveis.
• Nota: A limpeza da superfície, o perfil de jateamento e a seleção do revestimento são críticos; as regras da DNV frequentemente exigem preparação de superfície específica e aprovações de sistema de revestimento para a vida útil offshore.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Fabricação:
• DNV A: Geralmente mais fácil de formar e dobrar devido à resistência especificada mais baixa; adequado para operações de dobra de placas padrão e formação leve com ferramentas convencionais.
• DNV B: Variantes de maior resistência ou microligadas podem exigir forças de formação maiores e risco de retorno; o controle do processo e as ferramentas devem levar em conta a maior resistência de escoamento.
• Usinabilidade:
• Ambos são usináveis, mas aços de maior resistência (DNV B) podem ser mais exigentes em relação à vida útil das ferramentas e podem exigir velocidades de corte mais baixas, maiores avanços ou diferentes graus de carboneto.
• Enxofre e elementos de usinagem livre melhoram a usinabilidade, mas geralmente são limitados em aços estruturais porque prejudicam a tenacidade.
• Acabamento:
• O controle da zona afetada pelo calor e o planejamento da sequência de moagem/soldagem são mais críticos para DNV B para evitar fragilização localizada.
• Formabilidade:
• DNV A oferece melhor desempenho em conformação a frio na maioria dos casos; para DNV B, a conformação a quente ou a conformação controlada com alívio de tensão intermediário pode ser usada para formas complexas.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha o grau alinhado com as demandas de serviço: use DNV A para seções onde a velocidade de fabricação e a eficiência de custo são valorizadas e DNV B onde maior resistência e tenacidade certificada em toda a espessura são necessárias devido a carregamento, fadiga ou condições ambientais.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: DNV B é tipicamente mais caro devido a controles químicos mais rigorosos, potencial microligação e processamento adicional (TMCP, testes mais rigorosos). DNV A é geralmente menos caro por unidade de massa.
• Disponibilidade:
• Ambos os graus estão amplamente disponíveis de produtores de placas e aços estruturais, mas a disponibilidade de placas mais grossas, combinações específicas de espessura-propriedade mecânica ou material DNV B de tolerância apertada pode ter prazos de entrega mais longos.
• Formas de produto: placas, seções e peças fabricadas sob medida são comuns; as usinas podem fornecer ambos os graus em forma de placa certificada com documentação compatível com a DNV, mas confirme os prazos de entrega para grandes pedidos ou espessuras não padronizadas.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações finais: - Escolha DNV A se: seu projeto prioriza a facilidade de fabricação, menor custo de material e você está trabalhando em membros estruturais não críticos ou aplicações onde tenacidade e resistência convencionais são aceitáveis. DNV A é adequado onde o reforço com revestimentos protetores e procedimentos de soldagem padrão são suficientes. - Escolha DNV B se: a aplicação exige propriedades de escoamento/tracção garantidas mais altas em toda a espessura, melhor tenacidade a baixas temperaturas ou minimização de peso para a mesma carga—particularmente para membros estruturais primários, anexos críticos e ambientes de carregamento cíclico. Espere controle mais rigoroso sobre os certificados de material e, potencialmente, requisitos de soldagem e manuseio mais rigorosos.

Nota final: Sempre consulte as regras atuais da DNV e os relatórios de testes químicos e mecânicos certificados da usina para qualquer decisão de compra. Valores específicos permitidos, requisitos de energia de impacto em espessuras e temperaturas dadas, e qualificações de procedimento de soldagem são definidos na edição aplicável e devem orientar a seleção final do grau e as práticas de fabricação.