A516 Gr60 vs A516 Gr70 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

ASTM A516 é uma família de placas de aço carbono para vasos de pressão amplamente utilizadas em caldeiras, vasos de pressão e tanques de armazenamento. A escolha comum entre A516 Grau 60 e Grau 70 é um compromisso entre o custo do material, a resistência necessária e o comportamento de tenacidade/ soldabilidade exigido pelo ambiente de serviço. Engenheiros, especialistas em compras e fabricantes pesam rotineiramente fatores como espessura da placa, temperatura de operação, requisitos de impacto e restrições de soldagem ao selecionar entre esses dois graus.

A principal distinção entre A516 Gr60 e A516 Gr70 é seu equilíbrio de resistência/tenacidade: o Grau 70 é a especificação de maior resistência (daí frequentemente escolhido onde são exigidos maiores esforços de projeto ou espessura de seção reduzida), enquanto o Grau 60 oferece resistência especificada mais baixa com geralmente um pouco mais de ductilidade e custo em prática típica. Como ambos os graus vêm da mesma família de especificações e compartilham química e opções de processamento muito semelhantes, eles são comparados com mais frequência em contextos de fabricação de placas soldadas e que contêm pressão.

1. Normas e Designações

• Norma primária: ASTM A516 / A516M — “Especificação Padrão para Placas de Vasos de Pressão, Aço Carbono, para Serviço de Temperatura Moderada e Inferior.”
• Códigos relacionados: A Seção II e VIII da ASME referenciam tensões permitidas de material com base no grau A516 e na temperatura. Equivalentes nacionais ou regionais podem existir para fornecimento de placas, mas A516 é a designação industrial primária na América do Norte.
• Outras normas: normas EN, JIS ou GB podem oferecer aços para vasos de pressão alternativos (por exemplo, P265, S355, SS41), mas a equivalência direta um-para-um requer correspondência cuidadosa de propriedades.
• Classificação de material: os graus A516 são placas de aço carbono para vasos de pressão (não inoxidável, não ferramenta, geralmente consideradas carbono simples ou baixo liga dependendo das adições do moinho). Eles não são aços de alta resistência e baixa liga (HSLA) no sentido moderno restrito, embora os moinhos possam usar microligação e laminação controlada para atender às metas mecânicas.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A especificação química para placas A516 enfatiza baixos níveis de impurezas com carbono e manganês controlados para que tenacidade, soldabilidade e endurecibilidade previsível sejam alcançadas. A especificação A516 estabelece limites que são aplicados em todos os graus; os moinhos usam tratamento térmico e controle termo-mecânico para alcançar as propriedades mecânicas do grau.

Tabela: Limites de composição típicos para a placa ASTM A516 (máximos representativos; verifique os certificados específicos do moinho)

Notas: - A especificação concentra-se em baixos níveis de P e S e em carbono e manganês controlados para manter um equilíbrio de resistência e soldabilidade. Limites numéricos exatos diferem com o texto completo da ASTM e certificados do moinho; sempre verifique o certificado de análise para compras e qualificação de procedimento de soldagem. - Estratégia de liga: os fabricantes dependem principalmente de carbono e manganês controlados, além de laminação termo-mecânica (e às vezes microligação) para alcançar a resistência específica do grau, mantendo a endurecibilidade baixa o suficiente para preservar a soldabilidade e a tenacidade.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura típica: microestruturas de placas A516 laminadas ou normalizadas são predominantemente ferrita e perlita. A laminação e resfriamento controlados podem refinar o tamanho do grão e aumentar a resistência sem adição significativa de liga.
• Processamento Gr60 vs Gr70: ambos os graus são produzidos a partir do mesmo espectro de química do aço; a diferença nas propriedades mecânicas especificadas geralmente é alcançada pelo controle da temperatura de processamento, laminação termo-mecânica e taxas de resfriamento controladas, em vez de grandes diferenças no conteúdo de liga.
• Resposta ao tratamento térmico:
• Normalização/refinamento: a normalização (acima de A3 e depois resfriamento ao ar) refina o tamanho do grão e pode melhorar a tenacidade. É uma prática comum quando maior tenacidade em temperaturas mais baixas é necessária.
• Resfriamento e têmpera: não é típico para placas de vasos de pressão A516 entregues; o resfriamento e têmpera produzem microestruturas diferentes (martensita temperada) e são usados para aços de pressão de maior resistência além da família A516.
• Processamento termo-mecânico (laminação controlada): permite propriedades Gr70 em seções pesadas sem excesso de carbono, refinando o tamanho do grão de ferrita e produzindo distribuições finas de perlita.
• Endurecibilidade: relativamente baixa em comparação com aços de liga; microligação e controle de CE mantêm a suscetibilidade a estruturas de HAZ duras e quebradiças limitada.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: Características comparativas das propriedades mecânicas (prática típica; sempre confirme com ASTM A516 e relatório de teste do moinho)

Explicação: - O Grau 70 é o mais forte dos dois graus e é frequentemente especificado quando maiores tensões permitidas ou placas mais finas são desejadas. O Grau 60 é escolhido onde a resistência conservadora não é necessária e o custo ou ductilidade são priorizados. - A tenacidade (resistência à fratura quebradiça) é influenciada pela química, laminação, espessura e qualquer pós-processamento (por exemplo, normalização). Para serviço a baixa temperatura, testes de impacto a uma temperatura especificada são comumente exigidos, independentemente do grau.

5. Soldabilidade

A soldabilidade para placas A516 é geralmente boa usando consumíveis e procedimentos de soldagem comuns para vasos de pressão, desde que a pré-aquecimento, a temperatura entre passes e a entrada de calor sejam controladas para a espessura. Considerações-chave de soldabilidade incluem o nível de carbono, CE (equivalente de carbono) e a presença de elementos de microligação.

Expressões úteis de equivalente de carbono (interprete qualitativamente; não substitua pela qualificação do procedimento): - Instituto Internacional de Soldagem CE (exemplo de forma): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parâmetro mais abrangente para soldabilidade: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação: - Um equivalente de carbono (CE) mais baixo correlaciona-se com soldabilidade mais fácil e menor risco de zona afetada pelo calor (HAZ) endurecida e fraturas frias, reduzindo assim os requisitos de pré-aquecimento. - Os graus A516 são formulados e processados para manter o CE relativamente baixo. O Grau 70, sendo de maior resistência, pode ter CE marginalmente mais alto em algumas práticas de moinho, portanto seções mais grossas ou certas condições de soldagem podem exigir controle de pré-aquecimento e entre passes mais conservador. - Sempre qualifique os procedimentos de soldagem (WPS/PQR) para a espessura real da placa, grau e temperatura de serviço. Use recomendações de pré-aquecimento e tratamento térmico pós-soldagem de códigos (por exemplo, ASME) e orientações do fornecedor.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Os aços A516 são aços carbono não inoxidáveis; a resistência à corrosão é típica do aço carbono não ligado e requer sistemas de proteção para exposição atmosférica, respingos ou enterrada.
• Estratégias de proteção comuns: preparação da superfície seguida por primers e camadas superiores, galvanização (onde compatível com serviço e fabricação), revestimentos inibidores de corrosão para superfícies internas ou proteção catódica para estruturas enterradas ou submersas.
• PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) é relevante apenas para ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PREN não é aplicável aos graus A516 porque não são aços inoxidáveis. A mitigação da corrosão para A516 depende de revestimentos, revestimentos ou metalurgia alternativa (ligas inoxidáveis ou resistentes à corrosão) onde se espera corrosão severa.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Corte: corte a plasma, oxi-combustível ou a laser são comuns para placas; os parâmetros de corte térmico e as tolerâncias devem refletir a espessura e o grau.
• Formação/dobra: ambos os graus podem ser formados a frio dentro dos limites. A maior resistência do Gr70 reduz a dobrabilidade permitida ou aumenta o raio de dobra necessário em comparação com o Gr60 para uma determinada espessura.
• Usinabilidade: típica de aços carbono de baixa liga; a maior resistência (e dureza levemente mais alta) no Gr70 pode marginalmente reduzir a usinabilidade em comparação com o Gr60.
• Furação, roscagem e formação de rosca seguem práticas padrão para aço carbono; considere dureza e tenacidade ao especificar tratamentos térmicos ou de moagem pós-usinagem.

8. Aplicações Típicas

Racional de seleção: - Escolha um grau para atender às tensões permitidas pelo código, limites de espessura da placa e qualquer requisito de impacto a baixa temperatura especificado. A abordagem de fabricação, procedimentos de soldagem e considerações de revestimento/vida útil também influenciam a seleção final.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo: A516 Gr70 é tipicamente modestamente mais caro do que Gr60 devido ao controle de processamento mais rigoroso necessário para atender a requisitos mecânicos mais altos e, às vezes, a garantia de qualidade mais exigente. O prêmio varia com o mercado, moinho e espessura da placa.
• Disponibilidade: Ambos os graus são padrão e amplamente estocados por distribuidores de placas em espessuras comuns. Placas muito grossas ou combinações exóticas de espessura/química podem ter prazos de entrega; a disponibilidade é uma função da capacidade do moinho e do estoque regional.
• Formas de produto: placa (padrão), blanks cortados sob medida e, às vezes, versões normalizadas ou testadas estão disponíveis. Testes de impacto personalizados a temperaturas especificadas podem adicionar custo e prazo de entrega.

10. Resumo e Recomendação

Tabela: Comparação rápida

Conclusões — orientação prática: - Escolha A516 Gr60 se: - Seu projeto permite a resistência especificada mais baixa e você prioriza economia de custos, ductilidade levemente melhorada ou facilidade de formação para uma determinada espessura. - Os procedimentos de soldagem e os requisitos de impacto a baixa temperatura são moderados e você prefere a placa mais econômica que atenda ao código. - Escolha A516 Gr70 se: - Seu projeto requer maior tensão permitida, espessura de placa reduzida por razões de peso/desimpedimento, ou requisitos específicos do código que exigem o grau mais alto. - Você precisa de valores mínimos de tração e escoamento mais altos e está preparado para aplicar controles de soldagem apropriados (pré-aquecimento, entre passes e testes de impacto onde necessário).

Nota final: Os graus A516 são especificados e adquiridos dentro de um quadro de código e contratual; sempre verifique os limites químicos e mecânicos exatos, requisitos de teste de impacto e práticas de fabricação com a norma ASTM A516/A516M, o relatório de teste do moinho e o código de projeto governante (ASME ou equivalente) antes da seleção final do material e qualificação do WPS.