A106 Gr.B vs A106 Gr.C – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

ASTM A106 descreve tubos de aço carbono sem costura destinados principalmente ao serviço em alta temperatura. Dentro dessa família, os Graus B e C são os graus mais comumente especificados, e os engenheiros frequentemente enfrentam um dilema de seleção: priorizar menor custo e melhor soldabilidade, ou priorizar maior resistência e maiores classificações de temperatura/pressão permitidas. Os contextos típicos de decisão incluem tubulações de pressão para serviço de vapor e hidrocarbonetos, onde as escolhas dependem de resistência, tenacidade, soldabilidade e desempenho a longo prazo em temperaturas elevadas.

A principal distinção técnica entre A106 Grau B e Grau C é que o Grau C é especificado para alcançar maior resistência e frequentemente maior capacidade de temperatura, o que é alcançado através de níveis modestamente mais altos de carbono e manganês e ajustes metalúrgicos relacionados. Isso resulta em compensações: aumento da resistência e dureza versus redução da soldabilidade e sensibilidade à tenacidade de impacto.

1. Normas e Designações

• Norma primária: ASTM A106 / ASME SA106 — tubo de aço carbono sem costura para serviço em alta temperatura.
• Equivalentes internacionais e normas relacionadas: API 5L (tubo de linha; não idêntico, mas com casos de uso sobrepostos), EN (várias normas de tubos estruturais e de pressão), normas JIS e GB para tubos de aço carbono — cada uma tem composições e requisitos mecânicos diferentes.
• Classificação do material: tanto A106 Gr.B quanto Gr.C são aços carbono simples (não inoxidáveis, não aços liga no sentido estrito e não HSLA pelas definições modernas de microligação), usados como aços carbono resistentes ao calor para tubulações de pressão.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Abaixo está uma comparação qualitativa dos elementos de liga relevantes. Limites e intervalos exatos são especificados na norma ASTM e podem variar por fabricante e lote de fusão; a tabela indica níveis relativos típicos e seu papel.

Explicação: - O Grau C é tipicamente permitido conter níveis modestamente mais altos de carbono e manganês em relação ao Grau B para atender a requisitos de resistência/temperatura mais altos. Outros elementos de liga são geralmente baixos e não têm a intenção de conferir resistência à corrosão ou comportamento de alta liga. - Como ambos são essencialmente aços carbono, a resistência e a capacidade de endurecimento são controladas através de carbono e manganês, com o processamento (tratamento térmico e taxa de resfriamento) influenciando a microestrutura resultante.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica (como fabricado, normalizado ou laminado): uma microestrutura de ferrita + perlita predomina em ambos os graus. A fração de perlita (cimento lamelar + ferrita) aumenta à medida que o teor de carbono aumenta, conferindo maior resistência e dureza.
• Grau B: com carbono levemente mais baixo, a microestrutura é relativamente mais grossa em ferrita com menos perlita — proporcionando melhor ductilidade e tenacidade em temperaturas ambiente.
• Grau C: aumento de carbono e manganês promovem mais perlita e maior capacidade de endurecimento, o que aumenta a resistência à tração e a dureza, mas tende a reduzir a tenacidade ao impacto (particularmente na zona afetada pelo calor após a soldagem).

Resposta ao tratamento térmico: - A normalização (resfriamento ao ar após a austenitização) refina o tamanho do grão e reduz os efeitos de segregação, melhorando a homogeneidade e a tenacidade em ambos os graus. - O resfriamento e o revenimento geralmente não são usados para o A106 padrão na fabricação rotineira de tubos porque estes não são aços liga projetados para caminhos martensíticos; no entanto, a endurecimento localizado pode ser praticado para aplicações especiais. O resfriamento pode criar martensita em fusões de maior carbono e requer revenimento subsequente para restaurar a tenacidade. - A laminação termo-mecânica (laminação controlada) pode melhorar a resistência e a tenacidade ao refinar a estrutura do grão; isso é às vezes usado em fusões de especificação mais alta, mas não é aplicado universalmente em toda a produção de A106.

4. Propriedades Mecânicas

A tabela abaixo resume as expectativas relativas das propriedades mecânicas. Os valores exatos garantidos devem ser retirados da especificação de compra e dos relatórios de teste de fábrica.

Interpretação: - O Grau C fornece maior resistência ao custo de alguma ductilidade e redução da tenacidade ao impacto, particularmente crítica em temperaturas de serviço baixas ou em zonas afetadas pelo calor de soldagem. O Grau B é a opção mais dúctil e tolerante para fabricação e soldagem.

5. Soldabilidade

A soldabilidade é uma consideração crítica para sistemas de tubulação. Duas medidas empíricas comumente usadas para avaliar o risco de trincas a frio e a influência da capacidade de endurecimento são o equivalente de carbono IIW e a fórmula Pcm.

Exemplos de fórmulas: - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm Internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Como o Grau C geralmente contém levemente mais carbono e manganês do que o Grau B, seu $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ calculados seriam modestamente mais altos, indicando maior capacidade de endurecimento e maior risco de trincas a frio assistidas por hidrogênio após a soldagem. - Implicações práticas: pré-aquecimento, controle de temperatura entre passes, consumíveis de baixo hidrogênio e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) são mais propensos a serem necessários ou recomendados para o Grau C em seções mais grossas e em serviço a baixa temperatura. - Para tubulações de parede fina e condições comuns de soldagem em oficina, ambos os graus são rotineiramente soldados com sucesso, mas os controles de engenharia e as qualificações de procedimento de soldagem devem refletir os riscos específicos de cada grau.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Tanto o A106 Grau B quanto o Grau C são aços carbono não inoxidáveis e não oferecem resistência à corrosão inerente além do que o aço carbono simples oferece.
• Métodos típicos de proteção de superfície:
• Pintura ou sistemas de revestimento (epóxi, poliuretano, revestimentos betuminosos).
• Galvanização (revestimento de zinco) — usada em muitas aplicações atmosféricas ou externas, mas a galvanização de tubos para serviço em alta temperatura pode ser limitada pelas condições de serviço.
• Revestimento ou forro (por exemplo, sobreposição de solda, forro de polímero) para fluidos internos agressivos.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a esses materiais porque PREN se aplica a ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Em resumo: selecione a proteção contra corrosão apropriada independentemente do grau; a escolha entre B e C não deve ser impulsionada por considerações de resistência à corrosão (são essencialmente as mesmas), mas por necessidades mecânicas e de fabricação.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade: a maior dureza e fração de perlita do Grau C reduzirão a vida útil da ferramenta e podem desacelerar ligeiramente as operações de corte em comparação com o Grau B. A prática padrão de usinagem para tubos de carbono se aplica; aços para ferramentas e velocidades devem ser selecionados de acordo.
• Formabilidade e dobra a frio: o Grau B, sendo mais dúctil, é geralmente mais fácil de dobrar e formar a frio sem exigir procedimentos de formação a temperaturas elevadas. O Grau C pode exigir raios de dobra maiores ou controle mais cuidadoso para evitar trincas, especialmente para dobras de raio apertado.
• Rosqueamento, flangeamento e beading: ambos os graus são comumente fabricados em conexões padrão. A qualificação do procedimento de soldagem e a inspeção (por exemplo, NDT) devem ser mais rigorosas para o Grau C quando a espessura ou as restrições de junta elevam os riscos da HAZ.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha o Grau B quando a frequência de soldagem, tenacidade (especialmente HAZ) e sensibilidade ao custo forem preocupações primárias. - Escolha o Grau C quando as condições de serviço exigirem maior resistência ou quando os códigos de design permitirem benefícios de maior resistência para reduzir a espessura da parede ou atender a tensões permitidas mais altas — desde que os controles de fabricação compensam a soldabilidade/reduzida tenacidade.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: o Grau B é tipicamente o grau mais comumente produzido e especificado e, portanto, geralmente tem o custo entregue mais baixo em comparação com o Grau C em muitos mercados. O Grau C pode ter um prêmio se certificação de maior resistência ou controles de fusão mais rigorosos forem necessários.
• Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em tamanhos padrão de tubos sem costura, mas o Grau B tende a ter um estoque mais amplo. Tamanhos especiais, espessuras de parede ou material certificado do Grau C com testes adicionais podem ter prazos de entrega mais longos.

Formas de produto: - O material ASTM A106 é tipicamente fornecido como tubo sem costura. Chamadas de especificação e relatórios de teste de fábrica devem confirmar grau, condição de tratamento térmico (se houver) e propriedades mecânicas.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa)

Conclusões: - Escolha A106 Grau B se você precisar de um material de tubo carbono equilibrado e econômico com soldabilidade superior, melhor ductilidade e tenacidade de entalhe mais robusta para tubulações gerais em alta temperatura e operações de soldagem frequentes. - Escolha A106 Grau C se você exigir maior resistência à tração e ao escoamento para serviço em temperatura elevada ou pressão mais alta e estiver preparado para implementar controles de soldagem mais rigorosos, possível pré-aquecimento/PWHT e verificação de tenacidade mais conservadora, particularmente em seções mais grossas ou ambientes de baixa temperatura.

Nota final: Sempre verifique os requisitos químicos e mecânicos específicos com a especificação de compra e o certificado de teste de fábrica. Para aplicações críticas, realize a qualificação do procedimento de soldagem, controle de hidrogênio e testes de NDT e tenacidade apropriados adaptados ao grau escolhido e às condições de serviço.