SA106B vs SA106C – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

ASTM A106 Grau B (SA106B) e Grau C (SA106C) são dois graus comuns de tubos de aço carbono sem costura especificados para serviços de alta temperatura e aplicações de pressão. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de fabricação geralmente ponderam compensações como resistência versus conformabilidade, custo versus pressão de trabalho permitida e soldabilidade versus endurecibilidade ao selecionar entre eles.

A principal distinção técnica entre SA106B e SA106C é que o Grau C é especificado para classificações de resistência e pressão-temperatura mais altas do que o Grau B, alcançadas principalmente através de um teor de carbono/ligas modestamente mais alto e requisitos mecânicos mais rigorosos. Como compartilham o mesmo padrão e rotas de produção, esses graus são frequentemente comparados diretamente no design de tubulações, planejamento de fabricação e especificações de compra de materiais.

1. Normas e Designações

• Padrão primário: ASTM A106 / ASME SA106 — “Tubo de Aço Carbono Sem Costura para Serviço de Alta Temperatura.”
• Outras referências regionais: formas de produtos equivalentes existem nas normas EN, JIS e GB para tubos de aço carbono, mas a equivalência direta grau a grau varia; especificações e requisitos mecânicos devem ser confirmados caso a caso.
• Classificação: tanto SA106B quanto SA106C são aços carbono destinados a serviços de alta temperatura (não inoxidáveis, não HSLA no sentido moderno e não aço para ferramentas).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Notas: - ASTM A106 define limites químicos e requisitos mecânicos em vez de prescrever adições significativas de liga como Cr ou Mo; estes são graus de aço carbono com composições controladas para resistência e soldabilidade consistentes em alta temperatura. - A estratégia de design para o Grau C centra-se em um aumento modesto de carbono/Mn e testes mecânicos mais rigorosos para elevar as tensões permitidas à temperatura; o Grau B visa um equilíbrio entre resistência e facilidade de fabricação.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica: ambos os graus são produzidos como tubos sem costura com microestruturas dominadas por ferrita e perlita em condição normalizada ou laminada a quente. O equilíbrio ferrita/perlita depende do carbono e das taxas de resfriamento.
• Grau B: com seu menor teor de carbono, a microestrutura tende a uma mistura de ferrita–perlita mais fina e dúctil com fração de perlita relativamente menor do que o Grau C sob história térmica semelhante.
• Grau C: maior carbono e manganês aumentam a fração de perlita e elevam ligeiramente a endurecibilidade, deslocando o equilíbrio em direção a maior resistência e ductilidade modestamente reduzida.
• Resposta ao tratamento térmico:
• A normalização (aquecimento acima da temperatura crítica e resfriamento ao ar) refina o tamanho do grão, melhora a tenacidade e produz uma microestrutura consistente de ferrita–perlita para ambos os graus.
• A têmpera e o revenimento são possíveis, mas não são condições típicas de fornecimento de usinas para tubos A106 padrão; a aplicação desses processos aumentará a resistência e a tenacidade dependendo dos parâmetros, com o Grau C respondendo com maior resistência alcançável devido à sua composição.
• O processamento termo-mecânico (laminação controlada) pode refinar a estrutura do grão e melhorar as combinações de resistência–tenacidade; a ligeiramente maior endurecibilidade do Grau C permite alcançar maiores resistências com intensidade de processamento semelhante.

4. Propriedades Mecânicas

Interpretação: - SA106C alcança maior resistência à tração e limite de escoamento do que SA106B; a compensação é uma redução modesta na ductilidade e potencialmente maior suscetibilidade ao endurecimento na ZTA durante a soldagem. Para vasos de pressão e tubulações de alta temperatura, as tensões permitidas mais altas para C podem permitir paredes mais finas ou pressões operacionais mais altas, mas os procedimentos de soldagem e pré-aquecimento devem ser considerados.

5. Soldabilidade

• Geral: ambos os graus são considerados soldáveis por métodos comuns (SMAW, GTAW, GMAW, FCAW). A soldabilidade depende principalmente do teor de carbono, equivalente de carbono (CE) e presença de elementos de microligação.
• À medida que o carbono aumenta, a suscetibilidade a trincas assistidas por hidrogênio na zona afetada pelo calor (ZTA) aumenta; o Grau C geralmente requer controles de soldagem mais cuidadosos (pré-aquecimento, temperatura entre passes, entrada de calor controlada) do que o Grau B.
• Índices de soldabilidade comuns:
• $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretação:
• Maior $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ indica maior endurecibilidade e maior risco de trincas na ZTA; enquanto os graus SA106 geralmente têm valores CE modestos, o Grau C normalmente registrará um CE ligeiramente mais alto do que o Grau B.
• Para ambos os graus, baixo enxofre e fósforo e adições limitadas de liga mantêm boa soldabilidade. Ao especificar SA106C para soldas de parede mais grossa ou críticas, planeje pré-aquecimento apropriado e procedimentos de soldagem qualificados para evitar trincas na ZTA.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto SA106B quanto SA106C são aços carbono (não inoxidáveis) e não são inerentemente resistentes à corrosão em ambientes atmosféricos, de solo ou marinhos.
• Medidas de proteção comuns:
• Revestimentos externos: pintura, epóxi ou epóxi fundido (FBE).
• Revestimentos metálicos: galvanização a quente para certas condições de serviço (considerar limitações de temperatura e compatibilidade do revestimento com serviço em alta temperatura).
• Revestimentos internos: argamassa de cimento, epóxi ou outros revestimentos para fluidos corrosivos.
• Relevância do PREN: o índice PREN é usado para ligas inoxidáveis (resistência à corrosão por pite), portanto, não é aplicável aos aços carbono SA106. Se um serviço exigir resistência à corrosão por pite, um material inoxidável ou ligado deve ser selecionado.
• Para contraste, a fórmula PREN para ligas inoxidáveis é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Esclarecimento: Como os graus A106 têm mínimo cromo e molibdênio, a mitigação da corrosão é alcançada por meio de revestimentos, proteção catódica e seleção de materiais, em vez de resistência inerente da liga.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade

• Corte: ambos os graus são facilmente cortados com oxicorte, plasma ou corte mecânico. O Grau C pode gerar lascas ligeiramente mais duras devido ao maior carbono, mas as diferenças são modestas.
• Maquinabilidade: semelhante para ambos; o maior carbono no Grau C pode fazer o desgaste da ferramenta ser marginalmente mais pronunciado em condições agressivas.
• Conformabilidade e dobra: a ductilidade ligeiramente maior do Grau B torna mais fácil a conformação a frio ou a dobra sem trincas; o Grau C pode exigir raios de dobra maiores ou conformação assistida por calor para trabalhos de raio apertado.
• Rosqueamento e junção: o rosqueamento padrão de tubos e a fabricação de flanges são comparáveis. A seleção do material de enchimento da solda deve corresponder à química do metal base e à temperatura de serviço; metal de enchimento de baixa liga pode ser apropriado para serviço em alta temperatura.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha o grau que atenda à tensão permitida necessária à temperatura de operação com a menor espessura de parede e menor custo de ciclo de vida, garantindo que os controles de fabricação e soldagem sejam viáveis para o local e o contratante.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: SA106B é tipicamente menos caro que SA106C devido a requisitos mecânicos mais baixos e alvos de processamento ligeiramente mais simples. No entanto, os preços de mercado flutuam com as práticas das usinas siderúrgicas, preços de commodities e oferta regional.
• Disponibilidade: ambos os graus estão amplamente disponíveis globalmente em uma variedade de diâmetros e espessuras de parede. Para seções de grande diâmetro ou parede pesada, os prazos de entrega podem aumentar; o Grau B frequentemente tem maior disponibilidade imediata para tamanhos comuns.
• Formas de produto: tubo sem costura é padrão sob A106; a disponibilidade pode variar por fornecedor (variantes sem costura versus soldadas sob outros padrões).

10. Resumo e Recomendação

Conclusões e recomendações: - Escolha SA106B se: - Sua aplicação prioriza fabricação e soldagem mais fáceis, maior ductilidade e menor custo de material. - A pressão/temperatura de projeto e as tensões permitidas do código são atendidas pelo Grau B sem espessura de parede excessiva. - As condições de soldagem em campo são restritas e você prefere requisitos mínimos de pré-aquecimento/interpasso.

• Escolha SA106C se:
• O projeto requer tensões permitidas mais altas, seções de parede mais finas para a mesma classificação de pressão/temperatura, ou margens de tração/limite de escoamento mais altas.
• Você pode controlar os procedimentos de soldagem (pré-aquecimento, procedimentos qualificados) e práticas de fabricação para acomodar a ligeiramente maior endurecibilidade.
• As economias de ciclo de vida ou peso resultantes da redução da espessura da parede compensam o maior custo de material e controles de fabricação.

Nota final: O padrão ASTM A106 contém os requisitos químicos e mecânicos exatos e deve ser consultado ao preparar especificações de compra ou cálculos de engenharia. Para serviços críticos ou de alto risco, realize a qualificação do fornecedor, solicite relatórios de teste da usina e verifique os requisitos de tratamento térmico e NDT para garantir conformidade com os objetivos de design e segurança.