ASTM A106 vs. Aço inoxidável SUS321: qual é mais resistente-ao calor?

Visão geral: tubo de aço carbono vs tubo de aço inoxidável

ASTM A106/A106M cobre tubos de aço carbono sem costura para serviços em altas-temperaturas, com classes A, B e C diferenciadas pela resistência. É um aço carbono ferrítico-perlítico barato, forte e fácil de soldar, mas não possui resistência intrínseca à corrosão e perde resistência rapidamente em temperaturas elevadas. SUS321 (JIS G3459, equivalente a ASTM A312 TP321/UNS S32100 e EN 1.4541) é um tubo de aço inoxidável austenítico estabilizado-de titânio. Custa várias vezes mais que o aço carbono, mas mantém a resistência útil e a resistência à oxidação em cerca de 850°C e resiste a uma ampla gama de meios corrosivos. A questão da seleção raramente envolve apenas uma propriedade: trata-se de temperatura operacional, pressão, fluido de processo, estratégia de isolamento e custo do ciclo de vida.

Padrões e Designações

Nota	Tipo	Padrão	Tração (min)	Rendimento (min)
A106 Grau B	Aço carbono sem costura	ASTM A106/A106M	Maior ou igual a 415 MPa (60 ksi)	Maior ou igual a 240 MPa (35 ksi)
A106 Grau C	Aço carbono sem costura	ASTM A106/A106M	Maior ou igual a 485 MPa (70 ksi)	Maior ou igual a 275 MPa (40 ksi)
SUS321TP	Aço inoxidável sem costura/soldado	JIS G3459/ASTM A312/EN 10216-5	Maior ou igual a 520 MPa	Maior ou igual a 205 MPa

Composição Química

Elemento (%)	A106 Grau B	A106 Grau C	SUS321
C	Menor ou igual a 0,30	Menor ou igual a 0,35	Menor ou igual a 0,08
Mn	0.29-1.06	0.29-1.06	Menor ou igual a 2,00
Si	Maior ou igual a 0,10	Maior ou igual a 0,10	Menor ou igual a 1,00
P	Menor ou igual a 0,035	Menor ou igual a 0,035	Menor ou igual a 0,045
S	Menor ou igual a 0,035	Menor ou igual a 0,035	Menor ou igual a 0,030
Cr	Menor ou igual a 0,40	Menor ou igual a 0,40	17.0-19.0
Não	Menor ou igual a 0,40	Menor ou igual a 0,40	9.0-12.0
Ti	-	-	5 x (C+N) min, 0,70 máx.

Resistência ao calor e desempenho em altas-temperaturas

Para projeto de pressão, ASME B31.3 e códigos similares limitam o tubo A106 a cerca de 425°C; em temperaturas mais altas, a tensão permitida do aço carbono cai tão rapidamente que o tubo se torna antieconômico, e a exposição-de longo prazo acima de aproximadamente 450 C corre o risco de grafitação da estrutura de ferrita-perlita. No ar, o A106 pode resistir à incrustação até cerca de 540°C, mas deve ser isolado, revestido e protegido da umidade porque os produtos de corrosão não são protetores. O SUS321 está em uma classe diferente: a estabilização de titânio evita a precipitação de carboneto de cromo entre 425 e 850 C, de modo que o tubo mantém sua resistência à corrosão durante o serviço e é classificado para resistência à oxidação de cerca de 850 C contínua e até 900 C intermitente. Para projetos de suporte-de carga acima de 540 C, é necessário SUS321 ou outros tipos de aço inoxidável; o aço carbono simplesmente não consegue suportar a carga nessas temperaturas.

Resistência à corrosão

A106 não tem resistência à corrosão. Em contato com água, condensação ou umidade de processo enferruja e deve ser protegido por revestimentos, envoltórios, proteção catódica ou tolerância à corrosão calculada na espessura da parede. O SUS321 é inerentemente resistente à corrosão em ambientes atmosféricos, de água-doce, de ácidos-orgânicos e de muitos processos, além de resistir à corrosão intergranular após a soldagem sem tratamento térmico pós{6}}soldagem. Em água com alta-temperatura em torno de 300 C, seu desempenho é um pouco melhor do que o 304 não estabilizado, e é por isso que aparece em tubulações auxiliares de vapor e nucleares. Para serviços ricos em-cloreto, o SUS321 deve ser verificado em relação aos limites de corrosão sob tensão e corrosão sob tensão, pois não contém molibdênio.

Seleção de custo e aplicação

Doença	Nota recomendada	Razão
Vapor de alta-pressão e linhas de processo até cerca de 425 C	A106 Grau B ou C	Menor custo, resistência comprovada, soldagem fácil
Serviço acima de 540 C com carga	Liga inoxidável SUS321 ou superior-	O aço carbono perde resistência e escama
Meios de processo corrosivos ou sanitários	SUS321	Resistência inerente à corrosão, sem necessidade de revestimento
Tubulação soldada na faixa de 450-850 C	SUS321	A estabilização de titânio evita a sensibilização

Perguntas frequentes

Q1. Qual tubo é mais resistente ao calor, A106 ou SUS321?
SUS321 por uma ampla margem. A106 é código-limitado a cerca de 425 C para projetos de pressão e escalas acima de aproximadamente 540 C; O SUS321 atende a cerca de 850°C continuamente e 900°C intermitentemente.

Q2. O tubo A106 pode ser substituído pelo SUS321 em sistemas existentes?
Mecanicamente sim, mas a mudança deve ser revista: o SUS321 tem menor resistência ao escoamento (mínimo de 205 vs 240 MPa para o Grau B), expansão térmica diferente e custo muito mais alto, portanto, a espessura da parede, os suportes e os circuitos de expansão devem ser verificados novamente.

Q3. O SUS321 é mais caro que o A106?
Sim, normalmente várias vezes mais por metro, devido ao conteúdo da liga. O custo extra é justificado pela resistência à corrosão, maior temperatura de serviço e menor manutenção em serviços agressivos.

Q4. O A106 precisa de proteção contra corrosão?
Sim. O aço carbono A106 deve ser pintado, revestido ou protegido catodicamente em serviço, e o projeto normalmente inclui uma tolerância à corrosão porque a incrustação de óxido não é protetora.

Q5. Qual é a temperatura máxima do tubo A106 Grau B?
Para projeto de pressão, cerca de 425 C de acordo com os códigos de tubulação ASME. Em serviços não-pressurizados ou com carga leve, ele pode resistir à oxidação no ar até cerca de 540 C, mas a resistência e a grafitização limitam o uso-de longo prazo.