A285 GrC vs A516 Gr60 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

ASTM A285 Grau C e ASTM A516 Grau 60 são dois graus comuns de placas de aço carbono encontrados em aplicações de vasos de pressão, tanques e estruturas gerais. Engenheiros e gerentes de compras frequentemente ponderam as compensações entre resistência, tenacidade, soldabilidade, proteção de superfície e custo ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem tanques de armazenamento de baixo custo, onde a ductilidade e a formabilidade local são críticas, em comparação com vasos de pressão, onde a tenacidade definida à temperatura e um controle mecânico mais rigoroso são necessários.

A principal distinção prática entre os dois reside em seu equilíbrio metalúrgico: um é formulado e especificado principalmente como uma placa de carbono de baixo custo e uso geral, com carbono relativamente mais alto e controle de propriedades mais simples, enquanto o outro é uma placa de qualidade para vasos de pressão projetada para melhorar a tenacidade e controlar as propriedades mecânicas. Essas diferenças influenciam as escolhas na fabricação, pré-aquecimento, inspeção e ambiente de serviço final.

1. Normas e Designações

• ASTM/ASME:
• A285 — “Placas de Vasos de Pressão, Baixa e Intermediária Resistência à Tração” (Graus A, B, C; o Grau C é o de maior resistência/carbono entre eles).
• A516 — “Placas de Vasos de Pressão, Aço Carbono, para Serviço de Temperatura Moderada e Inferior” (Graus 55, 60, 65, 70; o Grau 60 é uma opção comum de faixa média).
• EN: Equivalentes não são um para um; a série EN 10028 (por exemplo, P235, P265, P355) cobre funções semelhantes, mas requer mapeamento específico por requisitos mecânicos e de tenacidade.
• JIS/GB: Normas locais (por exemplo, JIS G3115, GB/T 1591) usam classificações diferentes; a conversão requer a comparação de requisitos químicos e mecânicos e condições de teste de impacto.
• Família de materiais: Tanto A285 GrC quanto A516 Gr60 são aços carbono simples (não inoxidáveis, não liga/HSLA no sentido estrito). Os graus A516 são produzidos com critérios de propriedades e tenacidade mais rigorosos do que os graus gerais A285.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A lista completa de normas ASTM lista os elementos permitidos e limites. Em vez de citar limites numéricos únicos, a tabela abaixo resume a presença relativa típica de elementos comuns para fins de projeto e seleção.

Como a liga afeta o desempenho: - Aumentar o carbono e os elementos que aumentam a capacidade de endurecimento (Mn, Cr, Mo) aumenta a resistência e a tendência a formar martensita em resfriamento rápido—isso pode comprometer a soldabilidade e a tenacidade, a menos que compensado pelo processamento. - Elementos de microaleação (Nb, V, Ti) em pequenas quantidades ajudam no refino do grão e no endurecimento por precipitação, melhorando a resistência ao escoamento e a tenacidade sem grandes aumentos de carbono; estes são mais comuns em aços de vasos de pressão controlados do que em placas gerais de baixo custo.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Produtos típicos laminados a quente ou normalizados para esses graus exibem predominantemente microestruturas de ferrita–pearlita.

• A285 Grau C:
• A intenção de fabricação é uma placa de uso geral produzida por laminação a quente convencional e em condição laminada ou aliviada de tensão. A microestrutura tende a ser ferrita com pearlite em bandas; o tamanho do grão e a limpeza das inclusões não são controlados tão rigorosamente quanto para os graus de vasos de pressão.

• A normalização refinará os grãos e melhorará modestamente a tenacidade; ciclos agressivos de têmpera e revenimento não são prática padrão para A285 e podem produzir dureza mais alta e exigir tratamento térmico pós-solda para evitar fragilização.

• A516 Grau 60:

• Produzido com controle mais rigoroso para tenacidade à fratura, frequentemente com mais atenção à prática de desoxidação e histórico térmico. A microestrutura é ferrita–pearlita com menos bandas e tamanho de grão mais fino em comparação com o A285 genérico.
• A normalização e a laminação controlada melhoram a tenacidade. Essas placas não são tipicamente fornecidas em condições de têmpera e revenimento para o grau especificado; os tratamentos térmicos visam produzir propriedades mecânicas uniformes e alcançar a tenacidade de impacto requerida em temperaturas especificadas.

Efeito das rotas de processamento: - Normalização: benéfica para ambos os graus para refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade—mais impactante para A285 para aproximar as propriedades das do A516. - Têmpera e revenimento: não típico para os graus padrão A516/A285; converteria a microestrutura em martensita–martensita revenida e exigiria reespecificação do grau do material. - Processamento de controle termo-mecânico (TMCP): usado em aços modernos para vasos de pressão para melhorar o equilíbrio resistência–tenacidade; variantes TMCP mais sofisticadas são mais prováveis para aços especificados com requisitos de tenacidade rigorosos do que para o A285 genérico.

4. Propriedades Mecânicas

Abaixo está uma comparação qualitativa das propriedades mecânicas comumente relevantes. Para trabalhos de projeto, sempre use o relatório de teste real do moinho e a norma vigente para critérios de aceitação numéricos.

Qual é mais forte/tenaz/ductil e por quê: - O A516 Grau 60 é projetado e frequentemente fornecido com tenacidade e ductilidade mais consistentes nas temperaturas de teste especificadas devido ao controle mais rigoroso sobre a composição, desoxidação e processamento térmico. - O A285 Grau C pode ter carbono ligeiramente mais alto e controles de tenacidade menos rigorosos, o que pode resultar em resistência aceitável, mas tenacidade mais baixa e menos previsível—particularmente em temperaturas de serviço baixas.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende principalmente do teor de carbono, da liga efetiva (capacidade de endurecimento) e das impurezas. Dois índices comumente usados ilustram o efeito qualitativo:

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

• Instituto Internacional de Soldagem “Pcm” (mais conservador): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação (qualitativa): - O A285 GrC tipicamente resulta em um equivalente de carbono mais alto do que um A516 Gr60 bem controlado da mesma espessura, portanto, é geralmente mais sensível à fratura a frio assistida por hidrogênio e requer mais pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e talvez tratamento térmico pós-solda para seções grossas ou serviço a baixa temperatura. - O A516 Gr60, com carbono um pouco mais baixo e controle de liga mais rigoroso e frequentemente melhor limpeza, é mais fácil de soldar com metais de enchimento padrão e requisitos de pré-aquecimento menos severos para espessuras comparáveis, e é mais comumente usado onde a soldabilidade mais a tenacidade ao impacto são importantes.

Notas práticas de soldagem: - Para qualquer um dos graus, a espessura, o design da junta, o processo de soldagem e a temperatura de serviço ditam os requisitos de pré-aquecimento/interpassagem. Use as fórmulas CE/Pcm como ferramentas de triagem; verifique com a qualificação do procedimento (PQR/WPS) e medidas de controle de hidrogênio na prática da oficina.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nenhum dos A285 GrC ou A516 Gr60 são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão inerente é baixa em comparação com aços inoxidáveis ou aços de resistência ao intemperismo.
• Estratégias típicas de proteção:
• Revestimentos de barreira: sistemas de pintura (epóxi, poliuretano), primer de oficina + camada de acabamento.
• Revestimentos metálicos: galvanização é viável para muitas espessuras de placa, mas considere a remoção de solda e a continuidade local do revestimento.
• Revestimento ou forro: para ambientes químicos ou abrasivos severos, revestimentos inoxidáveis ou forros internos são usados.
• PREN (equivalente de resistência à picada) não é aplicável a aços carbono simples; PREN é relevante para ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para aplicações A285/A516 onde a corrosão é uma preocupação, a seleção é impulsionada por estratégias de revestimento/camada, proteção catódica ou substituição por ligas resistentes à corrosão, em vez de pequenas diferenças de composição entre esses graus.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Formabilidade e dobra:
• A516 Gr60 geralmente oferece melhor ductilidade e formabilidade garantidas para fabricações de vasos de pressão devido aos seus requisitos de tenacidade. É rotineiramente usado para conformação em cascas e cabeçotes cilíndricos.
• A285 GrC pode ser menos tolerante em conformações de raio apertado devido à tenacidade variável; os profissionais frequentemente recomendam conformação experimental ou especificação de tensões de conformação mais baixas.
• Corte e usinagem:
• Ambos os graus são usinados de forma semelhante na condição laminada; a usinabilidade é influenciada pelo teor de enxofre e tratamento térmico. O A285 pode ser ligeiramente mais fácil se não for restringido por química de baixo carbono, mas os ganhos são modestos.
• Acabamento de superfície/preparação de solda:
• Ambos aceitam as mesmas preparações de solda e acabamentos de superfície; a limpeza e a remoção de escama de moinho ou ferrugem ajudarão na qualidade da solda.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha A285 ao minimizar o custo da matéria-prima para tanques e estruturas não críticas ou a temperatura ambiente e quando a tenacidade e o controle mecânico rigoroso não forem exigidos pelo código. - Escolha A516 Gr60 quando a conformidade com o código, tenacidade documentada e propriedades mecânicas consistentes impulsionarem decisões de projeto—especialmente para equipamentos de retenção de pressão e serviço a temperaturas mais baixas.

9. Custo e Disponibilidade

• Disponibilidade:
• A516 Grau 60 é uma placa de vaso de pressão amplamente estocada em muitos mercados e disponível em uma ampla gama de espessuras e lotes certificados pelo moinho.
• A285 Grau C também está disponível, mas pode ser menos comumente estocada para aplicações de pressão de grande diâmetro porque muitos compradores preferem a família A516 mais rigorosa.
• Custo relativo:
• A285 é tipicamente de custo mais baixo, pois representa uma rota de fabricação menos rigorosamente controlada e menos garantias de tenacidade.
• A516 Gr60 tem um custo adicional por controle mais rigoroso, inspeção e testes de impacto; no entanto, o prêmio é justificado por menor risco de fabricação e maior facilidade de conformidade com o código.
• Formas de produto:
• Ambos são comumente fornecidos como placas laminadas a quente; a disponibilidade em espessura fina, cortada sob medida ou níveis específicos de certificação do moinho varia de acordo com o moinho e a região.

10. Resumo e Recomendação

Recomendações finais: - Escolha A285 Grau C se precisar de uma placa de carbono de baixo custo e uso geral para tanques ou estruturas não regulamentadas a temperatura ambiente, onde tenacidade rigorosa e propriedades documentadas do vaso não são exigidas. - Escolha A516 Grau 60 se precisar de uma placa de vaso de pressão com tenacidade de impacto especificada, propriedades mecânicas mais consistentes e maior facilidade de conformidade com o código para vasos e equipamentos soldados—especialmente onde a tenacidade a temperaturas mais baixas e o comportamento de solda previsível são críticos.

Para a seleção final do material, consulte sempre o código aplicável (ASME, EN, etc.), o certificado de teste do moinho e realize a qualificação do procedimento para condições de soldagem e fabricação.