A106 Gr.B vs A53 Gr.B – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

ASTM A106 Grau B e ASTM A53 Grau B são dois graus de tubo de aço carbono amplamente especificados encontrados por engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura. O dilema de seleção frequentemente gira em torno de trade-offs, como temperatura de serviço versus orçamento, necessidade de material sem costura versus aceitabilidade de tubo soldado, e tenacidade necessária para carregamento de impacto ou cíclico versus uso estrutural simples. Decisões típicas surgem em tubulações de petróleo e gás, tubulações de geração de energia, sistemas mecânicos e estruturas de suporte.

A diferença prática entre os dois é que o A106 Grau B é produzido e especificado principalmente para aplicações de alta temperatura e pressão (tubulações e caldeiras) e normalmente é fornecido como sem costura, enquanto o A53 Grau B é um grau de tubo de uso mais geral fornecido tanto como sem costura quanto como soldado/ERW e comumente usado para aplicações estruturais e de pressão em temperaturas baixas a moderadas. Como os dois graus se sobrepõem em química e comportamento mecânico, eles são frequentemente comparados quando um comprador deve equilibrar custo, disponibilidade e condições de serviço necessárias.

1. Normas e Designações

• Principais normas:
• ASTM/ASME: ASTM A106 (tubo de aço carbono sem costura para serviço de alta temperatura); ASTM A53 (tubo de aço carbono, preto e galvanizado a quente, soldado e sem costura).
• ASME: ASME SA106 e SA53 (designações equivalentes para contextos de tubulação de pressão e materiais de caldeira).
• EN / JIS / GB: Existem graus EN e JIS/GB comparáveis de forma solta (por exemplo, EN 10216 para tubos sem costura, EN 10255/10217 para tubos soldados e equivalentes chineses GB/T), mas o mapeamento direto um a um requer verificação de correspondência química e mecânica.
• Classificação por tipo de aço:
• Tanto o A106 Gr.B quanto o A53 Gr.B são aços carbono (não inoxidáveis, não aços ligados e não HSLA pelos padrões modernos de microligação, embora alguns moinhos possam adicionar elementos de microligação menores).
• Não são aços para ferramentas ou aços inoxidáveis.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Ambos os graus são aços de baixo carbono com pequenas quantidades de manganês e silício e limites baixos de impurezas. Eles são projetados para manufacturabilidade (formação, soldagem) e resistência adequada em temperaturas moderadas ou elevadas, em vez de alta temperabilidade ou resistência à corrosão.

Tabela: Características típicas de composição (consulte a norma ASTM controladora e o certificado de teste do moinho para limites exatos)

Elemento	A106 Gr. B (típico/especificação)	A53 Gr. B (típico/especificação)
Carbono (C)	Até ~0,30% (design de baixo carbono para manter soldabilidade e tenacidade)	Até ~0,30% (abordagem de baixo C semelhante)
Manganês (Mn)	Tipicamente ~0,3–1,0% (endurecimento e desoxidação)	Tipicamente ~0,3–1,0% (função semelhante)
Silício (Si)	Geralmente ~0,1–0,4% (desoxidante)	Geralmente ~0,1–0,4%
Fósforo (P)	Baixo, frequentemente ≤0,035% (controlado para tenacidade em temperatura elevada)	Controlado, mas frequentemente com um limite permitido mais alto do que o A106 (comumente ≤0,04–0,05%)
Enxofre (S)	Baixo, frequentemente ≤0,035% (controlado para ductilidade e tenacidade)	Controlado; frequentemente com um limite permitido ligeiramente mais alto do que o A106 (comumente ≤0,04–0,05%)
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Tipicamente não adicionados intencionalmente em quantidades significativas; pequenas quantidades ou microligação são possíveis dependendo da prática do moinho	Mesma coisa—sem liga intencional para temperabilidade; microligação de traço pode aparecer

Notas: - Limites e faixas exatas permitidos são definidos nas especificações ASTM. A tabela mostra composições práticas típicas e a regra geral de que o A106 frequentemente tem controle mais rigoroso de P/S e é destinado a serviço em temperatura elevada. - Estratégia de liga: a microligação mínima preserva a soldabilidade e a tenacidade nas temperaturas de serviço requeridas; a resistência é fornecida principalmente por carbono e manganês, além de processamento termomecânico controlado quando aplicável.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono e o manganês aumentam a resistência, mas também elevam o risco de temperabilidade e fissuração a frio na HAZ da solda; assim, o baixo carbono é mantido. - O silício é principalmente um desoxidante e não altera marcadamente as propriedades mecânicas nesses níveis. - O maior teor de fósforo e enxofre reduz a tenacidade e, portanto, é mantido mais baixo em graus destinados a aplicações de temperatura mais alta e sensíveis ao impacto.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica (como fabricado, normalizado ou como laminado): ferrita e perlita. Ambos os graus exibem predominantemente uma microestrutura de ferrita-perlita típica de aços de baixo carbono.
• A106 Grau B: porque é especificado para serviço em alta temperatura, é comumente fornecido em condição normalizada (dependendo da prática do moinho) para melhorar a tenacidade e produzir uma estrutura uniforme de ferrita-perlita. A normalização refina o tamanho do grão e melhora a tenacidade em temperaturas elevadas.
• A53 Grau B: comumente fornecido como laminado ou soldado; o tratamento térmico não é tipicamente especificado. Sua microestrutura permanece ferrita-perlita, mas pode mostrar grãos mais grossos se não for normalizada.
• Resposta a tratamentos térmicos:
• Normalização: refina grãos e melhora a tenacidade ao impacto para ambos; frequentemente aplicada ao A106 para atender a considerações mais rigorosas de tenacidade e fluência em alta temperatura.
• Resfriamento e têmpera: geralmente não aplicados para esses graus, pois não são destinados a serem aços resfriados e temperados; tentar resfriar/temperar pode criar martensita dura indesejada e reduzir a tenacidade, a menos que seja cuidadosamente controlado.
• Processamento termomecânico: rotas modernas de moinho podem alcançar um melhor equilíbrio entre resistência e tenacidade por meio de laminação controlada para ambos os graus, mas os moinhos de A106 podem usar mais frequentemente a normalização devido às expectativas de serviço.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas desses graus dependem da forma do produto, espessura da parede, rota de fabricação e edição aplicável da norma. Os valores abaixo são descritores comparativos qualitativos: sempre verifique os mínimos na tabela ASTM/ASME aplicável ou no certificado de teste do moinho.

Tabela: Comportamento mecânico comparativo (qualitativo)

Propriedade	A106 Gr. B	A53 Gr. B
Resistência à tração	Moderada — especificada para atender às demandas de serviço de pressão/temperatura; frequentemente semelhante ao A53, mas às vezes com controle mais rigoroso	Moderada — comparável ao A106 em muitos casos para espessura de parede e rota de fabricação semelhantes
Resistência ao escoamento	Moderada — adequada para tubulação de pressão; pode ser semelhante ou ligeiramente mais alta se normalizada/laminada controlada	Moderada — rendimento nominal semelhante, mas varia com a forma do produto soldado versus sem costura
Alongamento (ductilidade)	Bom — condição normalizada melhora a ductilidade e a tenacidade	Bom — geralmente adequado para aplicações de formação e estruturais
Tenacidade ao impacto	Tipicamente melhor controlada para A106 (especialmente quando normalizada e especificada para temperatura/pressão mais altas)	Variável; pode ser inferior ao A106 normalizado se P/S não for rigidamente controlado ou se não for normalizado
Dureza	Baixa a moderada (consistente com aços de baixo carbono)	Baixa a moderada

Interpretação: - O A106 Grau B é frequentemente especificado quando uma tenacidade e uniformidade em alta temperatura ligeiramente melhores são necessárias; o A53 Grau B é um grau de uso geral econômico. Para muitos usos de tubos em temperaturas ambiente, o desempenho mecânico é comparável; para tubulações de temperatura elevada ou de serviço crítico, o A106 é tipicamente preferido.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços de baixo carbono é geralmente boa, mas a suscetibilidade à fissuração a frio induzida por hidrogênio e ao endurecimento da HAZ depende do equivalente de carbono e da microligação.

Índices de soldabilidade úteis (nenhuma substituição numérica é necessária aqui): - Equivalente de carbono (forma IIW) comumente usado: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Fórmula Pcm para risco de fissuração a frio na HAZ: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Ambos os graus têm baixo teor de carbono e baixo teor de liga, resultando em valores favoráveis de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ para processos de soldagem convencionais. - A106 Gr. B: devido ao controle mais rigoroso sobre impurezas e normalização comum, geralmente apresenta soldabilidade consistentemente boa na fabricação para tubulações que operarão em temperaturas elevadas. - A53 Gr. B: também soldável, especialmente quando o tratamento térmico pós-solda (PWHT) não é necessário; no entanto, o A53 soldado com limites mais altos de P e S ou tensões residuais pode exigir mais atenção ao pré-aquecimento ou controle de hidrogênio para seções grossas ou serviço em baixa temperatura. - Para tubulações críticas, siga as especificações do procedimento de soldagem (WPS), requisitos de pré-aquecimento/PWHT e cupons de teste; sempre consulte dados químicos reais e use as fórmulas acima para verificar o risco de fissuração.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos dois, A106 Gr.B ou A53 Gr.B, é inoxidável; ambos requerem proteção de superfície em ambientes corrosivos.
• Métodos típicos de proteção: pintura e sistemas de revestimento (epóxi, poliuretano), spray térmico, inibidores de corrosão e galvanização onde apropriado (A53 é comumente galvanizado para uso externo/estrutural).
• Para ambientes que requerem resistência à corrosão aprimorada (ambientes ácidos, de cloreto ou marinhos), especifique aço inoxidável ou ligas resistentes à corrosão em vez de confiar em revestimentos.
• PREN (número equivalente de resistência à picotamento) não é aplicável a esses aços carbono não inoxidáveis. Para referência, PREN é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas isso se aplica apenas a graus inoxidáveis com conteúdo significativo de Cr, Mo e N.

7. Fabricação, Maquinabilidade e Formabilidade

• Maquinabilidade: ambos os graus são facilmente usináveis com ferramentas padrão; o baixo teor de carbono evita desgaste excessivo das ferramentas. A maquinabilidade é semelhante para ambos, com pequenas diferenças dependendo da microligação e da forma do produto.
• Formabilidade/dobramento: boa ductilidade permite dobramento e formação a frio para ambos os graus; para seções de parede mais grossas ou produtos soldados, o retorno elástico e os raios de dobra exigidos devem seguir a prática padrão.
• Rosqueamento e união: ambos são adequados para rosqueamento, soldagem de soquete e soldagem de topo; o tubo soldado A53 pode ter restrições de costura para certas condições de serviço (por exemplo, orientação da costura longitudinal versus classificação de pressão).
• Acabamento: ambos aceitam tratamentos de superfície comuns e testes não destrutivos (UT, RT, MPI) onde necessário.

8. Aplicações Típicas

A106 Grau B (usos comuns)	A53 Grau B (usos comuns)
Linhas de vapor de alta temperatura, tubos de caldeira e tubulações de refinaria/petroquímica onde propriedades de temperatura elevada e construção sem costura são necessárias	Tubulações mecânicas e estruturais de uso geral, distribuição de água e gás, cercas/guarda-corpos e conduítes mecânicos; disponível como soldado ou sem costura
Oleodutos e linhas de processo onde material sem costura normalizado é especificado	Projetos sensíveis a custos onde tubo soldado é aceitável e proteção contra corrosão (galvanização/pintura) é aplicada
Serviço que requer desempenho uniforme em temperatura elevada e controles de tenacidade mais rigorosos	Sistemas de pressão estrutural e de baixa a moderada temperatura, andaimes e fabricação geral

Racional de seleção: - Escolha A106 quando temperatura de serviço, pressão e tenacidade forem críticos e material sem costura, normalizado for necessário. Escolha A53 onde custo, disponibilidade e desempenho de uso geral para tubulações em temperatura ambiente ou uso estrutural sejam as principais preocupações.

9. Custo e Disponibilidade

• A53 Grau B é tipicamente mais amplamente disponível e frequentemente menos caro, particularmente porque é produzido em formas soldadas (ERW) e sem costura e é comumente estocado em muitas regiões.
• A106 Grau B é frequentemente produzido como sem costura e pode ser mais caro por pé linear, especialmente para diâmetros maiores ou material normalizado de tolerância apertada.
• A disponibilidade depende da produção local do moinho e do estoque; os prazos de entrega para A106 sem costura podem ser mais longos para tamanhos ou espessuras de parede especiais. A aquisição deve verificar o estoque atual do distribuidor e solicitar relatórios de teste do moinho (MTRs) para verificar a química e o tratamento térmico.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Comparação rápida (qualitativa)

Métrica	A106 Gr. B	A53 Gr. B
Soldabilidade	Muito boa (química normalizada/controlada)	Muito boa (mas verifique P/S e costura de solda para produto ERW)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Otimizado para serviço de pressão em temperatura elevada; controles de tenacidade mais rigorosos	Adequado para tubulação geral e uso estrutural; variável dependendo da forma do produto
Custo	Mais alto (sem costura, frequentemente normalizado)	Mais baixo (opções soldadas e sem costura amplamente disponíveis)

Recomendações: - Escolha A106 Grau B se: - Você precisar de tubo sem costura para serviço de alta temperatura ou alta pressão. - A tenacidade e uniformidade em temperatura elevada forem importantes. - As especificações do projeto exigirem ASTM A106/ASME SA106 e você precisar atender a tabelas específicas de serviço em alta temperatura. - Escolha A53 Grau B se: - Você precisar de um tubo econômico e de uso geral para temperaturas ambiente a moderadas. - Produto soldado ou ERW for aceitável e disponibilidade mais rápida ou custo mais baixo for desejado. - A aplicação for estrutural ou tubulação de processo não crítica onde o desempenho do A53 atende ao envelope de design.

Nota final: ambos os graus são bem compreendidos e amplamente especificados. A seleção apropriada deve sempre ser validada em relação ao código de design governante, ao certificado de teste do moinho real, aos procedimentos de NDE e soldagem exigidos e ao ambiente de serviço (temperatura, pressão, corrosão). Em caso de dúvida para serviço de pressão ou alta temperatura, especifique o grau e o tratamento térmico necessários e exija o MTR e quaisquer testes de impacto/tenacidade necessários para qualificação.