Padrão ASTM A182 para flanges de tubos de aço duplex

 

ASTM A182 é uma especificação padrão para ligas forjadas ou laminadas e flanges de tubos de aço inoxidável, conexões forjadas e válvulas e peças destinadas a serviços em altas-temperaturas. Esta especificação abrange classes de aço inoxidável duplex, austenítico e ferrítico/austenítico. Em particular, os graus duplex cobertos nesta especificação incluem UNS S31803, S32205, S32550, S32750 e S32760.

 

Os aços inoxidáveis ​​duplex, também conhecidos como aços inoxidáveis ​​austeníticos-ferríticos, oferecem excelente resistência à corrosão e propriedades mecânicas. Os aços inoxidáveis ​​duplex, como A182 F51, F53 e F55, apresentam alta resistência à corrosão sob tensão e à corrosão por pites, tornando-os adequados para uso em ambientes agressivos encontrados nas indústrias de processamento químico, petróleo e gás, marinha e de celulose e papel, entre outras.

 

 

ASTM A182/A182M é a especificação que rege os flanges de tubos de aço inoxidável duplex forjados. Abrange quatro classes na produção de rotina - F51 (UNS S31803), F60 (S32205), F53 (S32750) e F55 (S32760) - e fixa sua química, limite de escoamento mínimo (450–550 MPa), dureza máxima (290–310 HBW), recozimento de solução obrigatório com têmpera líquida e requisitos de marcação. Os flanges duplex A182 são limitados a serviço de 315 graus e se enquadram no grupo de materiais ASME B16.5 2.8 para classificações de pressão.

 

 

Pescoço de solda (WN)	Tubulação de alta-pressão/alta{1}}temperatura
Deslizamento-ativado (SO)	Tubulação de processo geral
Cego (BL)	Fechar bicos de tubos ou equipamentos
Solda de soquete (SW)	Tubulação-de diâmetro pequeno
Rosqueado	Aplicações especiais de baixa-temperatura/pequeno-furo
Junta sobreposta (LJ)	Sistemas que requerem desmontagem frequente
Flange de Orifício	Medição de vazão
Pescoço de solda longo (LWN)	Conexões especiais de equipamentos/bicos

 

 

 

F51 (UNS S31803)é a classe original de forjamento duplex 22Cr. É o carro-chefe da família: 21,0–23,0% Cr, 2,5–3,5% Mo, nitrogênio entre 0,08% e 0,20%. Essa ampla janela de nitrogênio é o ponto fraco do F51 e é a razão pela qual o grau tem sido constantemente substituído.

 

F60 (UNS S32205)é a versão compacta da mesma liga. O cromo é elevado para 22,0–23,0% no mínimo, o molibdênio para 3,0–3,5% e o nitrogênio para 0,14–0,20%. O resultado é um piso PREN garantido, em vez de um valor-esperado. A maioria dos operadores que escrevem uma especificação 2205 hoje escrevem “A182 F60” e adicionam “F51 não aceitável”.

 

F53 (UNS S32750)é o super duplex 25Cr, a resposta padrão para aquecer a água do mar. Ele carrega 24,0–26,0% Cr, 3,0–5,0% Mo e 0,24–0,32% N, dando PREN maior ou igual a 41. A resistência ao escoamento sobe para 550 MPa, aproximadamente 2,6× aquela de 316L e 22% acima de F60.

 

F55 (UNS S32760), conhecido comercialmente como Zeron 100, está no topo da família. Ele mantém a base 25Cr e adiciona 0,50–1,00% de cobre e 0,50–1,00% de tungstênio. O cobre melhora a resistência aos ácidos sulfúrico e fosfórico; o tungstênio aumenta o PREN modificado em cerca de metade de sua porcentagem em peso. F55 é o grau que você alcança quando o serviço contém cloretos *e* um ácido redutor diluído, ou cloretos mais H₂S.

 

 

Nota

ONU

C máx.

Mn máx.

Pmáx

S máx.

Si máx.

Cr

Não

Mo

N

Cu

W

F51

S31803

0.03

2

0.03

0.02

1

21.0–23.0

4.5–6.5

2.5–3.5

0.08–0.20

-

-

F60

S32205

0.03

2

0.03

0.02

1

22.0–23.0

4.5–6.5

3.0–3.5

0.14–0.20

-

-

F53

S32750

0.03

1.2

0.035

0.02

0.8

24.0–26.0

6.0–8.0

3.0–5.0

0.24–0.32

0,50 máx.

-

F55

S32760

0.03

1

0.03

0.01

1

24.0–26.0

6.0–8.0

3.0–4.0

0.20–0.30

0.50–1.00

0.50–1.00

 

 

Nota	ONU	Mínimo de tração	Rendimento mínimo (0,2%)	Alongamento mínimo (2 pol.)	Redução de área min	Dureza máxima
F51	S31803	620 MPa (90 ksi)	450 MPa (65 ksi)	25%	45%	290 HBW
F60	S32205	655 MPa (95 ksi)	450 MPa (65 ksi)	25%	45%	290 HBW
F53	S32750	800 MPa (116 ksi) Menor ou igual a 50 mm; 735 MPa (106 ksi) > 50 mm	550 MPa (80 ksi) Menor ou igual a 50 mm; 515 MPa (75 ksi) > 50 mm	15%	-	310 HBW
F55	S32760	750–895 MPa (109–130 ksi)	550 MPa (80 ksi)	25%	45%	310 HBW
F61	S32550	750 MPa (109 ksi)	550 MPa (80 ksi)	25%	50%	302 HBW

 

 

A182 exige que os forjados duplex sejam tratados com solução e temperados, não recozidos e resfriados a ar. A própria tabela da norma fornece a temperatura mínima de solução e o meio de resfriamento:

Nota	Tratamento térmico	Temperatura de solução	Meio de resfriamento	Resfriando abaixo
F51	Solução tratar e saciar	1.020 graus (1.870 graus F) min	Líquido	260 graus (500 graus F)
F60	Solução tratar e saciar	1.020 graus (1.870 graus F) min	Líquido	260 graus (500 graus F)
F53	Solução tratar e saciar	1.025 graus (1.880 graus F) min	Líquido	260 graus (500 graus F)
F55	Solução tratar e saciar	1.100–1.140 graus (2.010–2.085 graus F)	Líquido	260 graus (500 graus F)

Na oficina, as janelas práticas usadas pelos falsificadores duplex ficam um pouco mais altas do que o piso padrão: 1.020–1.080 graus para F51 e F60, e 1.050–1.100 graus para F53 e F55. O super duplex precisa da extremidade mais quente porque seu maior teor de cromo e molibdênio se dissolve mais lentamente.

 

 

Por que a insistência na têmpera líquida?

O aço inoxidável duplex é extremamente sensível à precipitação intermetálica entre aproximadamente 1.000 graus e 550 graus, com a pior taxa de ataque na faixa de 700–900 graus. Segure um forjamento duplex nessa janela e a fase sigma formará - um intermetálico duro, quebradiço e rico em cromo-que extrai o cromo e o molibdênio da matriz circundante. As consequências são desproporcionais à quantidade. Um a dois por cento em volume de sigma pode reduzir a energia do impacto Charpy pela metade. Cinco por cento passarão pela inspeção visual e pelo PMI e, em seguida, quebrarão no hidroteste ou dentro de um ou dois anos de serviço. Quinze por cento podem quebrar durante o manuseio.

 

 

Conteúdo de ferrita.

A microestrutura duplex deve ficar entre 35% e 65% de ferrita por volume, sendo 40–60% a meta prática. A NACE MR0175/ISO 15156 usa a faixa de 35–65% para metal base e 30–70% para metal de solda.

 

Detecção de fase intermetálica.

A ASTM A923 fornece três métodos para detectar fases intermetálicas prejudiciais em duplex: Método A (ataque com hidróxido de sódio), Método B (impacto Charpy a uma temperatura especificada) e Método C (exame microestrutural a 500×). O Método A é um teste de triagem em loja; O método B é aquele que realmente captura o sigma. ASTM A1084 oferece um teste de triagem eletroquímica adicional.

 

Teste de corrosão por pite.

ASTM G48 Método A em cloreto férrico a 6% a uma temperatura especificada é o teste de aceitação padrão para flanges super duplex. Um requisito típico do projeto é a ausência de corrosão a 40 graus para F53 e F55.

 

Identificação positiva do material.

O PMI não é um requisito A182; é uma exigência do projeto, e na obra duplex deve ser 100%.

 

 

Certificação.

EN 10204 3.1 certificados de teste de moinho com química completa por calor, resultados de tensão, registro de tratamento térmico e dureza são a base. Organismos-de inspeção terceirizados comumente invocados para pacotes de flange duplex incluem DNV, Bureau Veritas, Lloyd's Register, ABS e TÜV.

 

Marcação.

A182 exige o nome ou marca registrada do fabricante, o símbolo de classe, o número da bateria e a designação da especificação em cada peça.

 

 

Este é o erro mais comum na aquisição de flanges duplex, por isso merece sua própria seção.

Tampas ASTM A182forjadoflanges. Tampas ASTM A995elencoaço inoxidável austenítico-ferrítico (duplex) para peças que contêm pressão- - corpos de válvulas, carcaças de bombas e, sim, flanges. Ambos são legítimos. Ambos são usados ​​nos mesmos projetos. Eles não são intercambiáveis ​​e apresentam propriedades mecânicas diferentes, requisitos de teste diferentes e faixas de preço diferentes.

 

 

A182 rege o material, não as dimensões. A conformidade dimensional vem de um padrão separado e, para flanges duplex, os mais comuns são:

ASME B16.5- flanges e acessórios flangeados de NPS 1/2 a NPS 24, classes 150 a 2500. As classes duplex se enquadram no grupo de materiais 2.8.

ASME B16.47 Série AeSérie BFlanges de - grande-diâmetro NPS 26 a NPS 60. A Série A deriva do MSS SP-44, a Série B da antiga API 605. A Série A é mais pesada e é o padrão para novos projetos offshore e de dutos; A Série B é mais leve e ainda aparece em reformas de plantas mais antigas.

ASME B16.36- flanges de orifício, frequentemente especificados em duplex para medição de vazão em linhas de água produzida e injeção.

EN 1092-1- o sistema europeu designado-por PN, quando um flange duplex precisa ser compatível com equipamentos europeus.

ASME B16.20- juntas, incluindo as dimensões do anel RTJ que determinam a geometria da ranhura.

ASME B46.1- textura de superfície. As faces elevadas normalmente funcionam em 125–250 µin (3,2–6,3 µm) Ra, com serrilhas concêntricas ou espirais; As ranhuras RTJ têm seus próprios requisitos de acabamento.

 

 

Temperatura	Classe 150	Classe 300	Classe 600	Classe 900	Classe 1500	Classe 2500
−29 a 38 graus (−20 a 100 graus F)	290psi	750 psi	1.500psi	2.250psi	3.750psi	6.250psi
93 graus (200 graus F)	260psi	745psi	1.490psi	2.230psi	3.720psi	6.200psi
149 graus (300 graus F)	230psi	665psi	1.335 psi	2.000psi	3.335 psi	5.560psi
204 graus (400 graus F)	200psi	615psi	1.230psi	1.845 psi	3.070psi	5.120psi
260 graus (500 graus F)	170 psi	580psi	1.160psi	1.740psi	2.905psi	4.840psi
315 graus (600 graus F)	140psi	555psi	1.115psi	1.670psi	2.785 psi	4.640psi

Classificações em medidor psi, das tabelas ASME B16.5 Grupo 2.8. A interpolação linear é permitida entre as temperaturas listadas.

 

 

Metais de adição.

Para 2205 (F51/F60) soldado ao tubo S31803/S32205, use ER2209 para GTAW e GMAW, ou E2209 para SMAW. Para 2507 (F53) use ER2594 ou E2594. Para tubo F55 soldado ao tubo S32760, ER2594 é a escolha comum.

 

Pré-aqueça e interpasse.

Não é necessário pré-aquecimento. A temperatura máxima de interpasse é de 150 graus para 2205 e 100 graus para super duplex. Excedê-lo retarda o resfriamento na faixa de sensibilização e empurra a ZTA em direção à formação de sigma.

 

 

Entrada de calor.

Controle-o entre aproximadamente 0,5 e 1,5 kJ/mm para 2205 e mantenha-o na extremidade inferior para super duplex.

 

Tratamento térmico-pós-soldagem. Nenhum.

 

Blindagem e purga.

O oxigênio no gás de apoio deve ser mantido abaixo de 100 ppm e abaixo de 50 ppm no super duplex. Adições de nitrogênio de 2 a 5% no gás de purga ajudam a compensar a perda de nitrogênio da poça de fusão e a estabilizar a fração de austenita.

 

Equilíbrio de fases.

A meta de aceitação é de 35 a 65% de ferrita no metal de solda e na ZTA, com preferência de 40 a 60%. Meça na qualificação do procedimento e verifique-na produção.

 

 

Nota	Preço indicativo (USD/kg, FOB Ásia)	Índice relativo	Aplicação típica do prêmio
A182 F316L	4.30–6.10	0.75	Austenítico de linha de base
A182 F51 (S31803)	6.80–9.40	1	Duplex de referência
A182 F60 (S32205)	7.00–9.60	1.02–1.05	Maior teor de nitrogênio, pisos de Cr/Mo mais rígidos
A182 F53 (S32750)	9.30–12.50	1.30–1.40	25Cr, 4% Mo, 0,27% N
A182 F55 (S32760)	11.00–15.00	1.45–1.60	Adições de Cu e W
A182 F61 (S32550)	10.50–14.50	1.35–1.50	Cu-rolamento 25Cr
A182 F44 (S31254)	10.00–13.50	1.40–1.60	6Mo superaustenítico

 

 

O certificado da fábrica que diz “recozido” em vez de “tratado em solução e temperado”. Isso aparece mais do que qualquer um gostaria. A química está correta, o teste de tensão passa, a dureza fica dentro do limite - e a resistência ao impacto é metade do que deveria ser. A indicação é o texto do certificado combinado com uma leitura de dureza na parte superior da banda. Qualquer forjamento duplex cujo certificado não indique a temperatura de solubilização e o meio de têmpera deve ser tratado como não testado, independentemente do que mais estiver escrito no documento.

 

Fase Sigma que passa pela inspeção dimensional e PMI. Um fornecedor envia um flange cego F53 com cubo de 100 mm que foi temperado em um tanque destilador. A parte externa esfria rápido, o núcleo não. O PMI está limpo, as dimensões são perfeitas, a dureza é de 300 HBW - dentro da tampa 310. Somente um teste Charpy ou uma verificação ASTM A923 revela o problema.

 

Flanges duplex A182 Análise de falhas (por exemplo, corrosão intergranular causada por tratamento térmico inadequado)

Aços inoxidáveis ​​duplex, como ASTM A182 F51, F53 e F55, requerem tratamento térmico de solução cuidadosamente controlado e resfriamento rápido. A exposição excessiva dentro de aproximadamente 320–955 graus (600–1750 graus F) pode promover a precipitação de fases intermetálicas prejudiciais, o que pode reduzir a resistência à corrosão e a tenacidade.

 

 

P: O que exatamente a ASTM A182 cobre para flanges duplex?

R: A182/A182M cobre ligas forjadas ou laminadas e flanges de tubos de aço inoxidável, conexões forjadas, válvulas e peças para sistemas de pressão, até 10.000 lb [4.540 kg] por peça. Para duplex inclui as classes F51 (S31803), F60 (S32205), F53 (S32750), F55 (S32760), F54 (S32304), F57 (S39277) e F61 (S32550). Não abrange tubo duplex (A790/A928), conexões forjadas (A815), chapa (A240) ou peças fundidas (A995).

 

P: Qual é a diferença entre ASTM A182 F51 e F60?

R: Ambos são 2205 duplex, mas o F60 tem pisos mais compactos: cromo 22,0% no mínimo contra 21,0% para F51, molibdênio 3,0% no mínimo contra 2,5% e nitrogênio 0,14% no mínimo contra 0,08%. Como o nitrogênio contribui com 16x seu peso para o PREN, o F60 garante um PREN maior ou igual a 34 em cada bateria, enquanto uma bateria F51 com baixo-nitrogênio pode cair para 31–32. A diferença de preço é geralmente inferior a 5%, razão pela qual a maioria das operadoras agora especifica F60.

 

P: Qual é a temperatura máxima de serviço para flanges duplex A182?

A: 315 graus (600 graus F). A ASME B16.5 não atribui classificação de pressão ao aço inoxidável duplex acima daquela temperatura para o Grupo 2.8, porque o duplex fragiliza após serviço moderadamente elevado. Isto se aplica igualmente a F51, F53, F55 e F60; nenhum deles é um material-de alta temperatura.

 

P: Quais limites de dureza se aplicam aos flanges duplex A182?

R: F51 e F60 possuem no máximo 290 HBW; F53 e F55 possuem no máximo 310 PCV; F61 tem no máximo 302 HBW. Uma leitura acima do teto quase sempre aponta para um problema de tratamento térmico - taxa de têmpera insuficiente, fase sigma ou ferrita excessiva - em vez de um problema químico.

 

P: A têmpera com água é realmente obrigatória para flanges duplex?

R: Sim. A182 especifica tratamento de solução e têmpera líquida para F51, F60, F53 e F55, resfriando abaixo de 500 graus F [260 graus]. Resfriar uma seção com ar na faixa de 900–600 graus permite a formação da fase sigma; mesmo 1–2% em volume pode reduzir pela metade a energia do impacto Charpy. Para seções acima de 100 mm, geralmente é necessário resfriamento por névoa-mais-spray para atingir a taxa de resfriamento do núcleo necessária.

 

P: Os flanges duplex podem ser tratados termicamente-pós-soldagem?

R: Não. Os aços inoxidáveis ​​duplex nunca sofrem alívio-de tensão após a soldagem. Um PWHT na faixa de 550 a 900 graus precipitaria as fases sigma e chi e destruiria a tenacidade e a resistência à corrosão. Em vez disso, controle a entrada de calor e a temperatura entre passes durante a soldagem.

 

P: Qual é a diferença entre os flanges duplex ASTM A182 e ASTM A995?

A: A182 cobre flanges forjadas; A995 cobre componentes fundidos duplex e super duplex. Os equivalentes fundidos são 4A (J92205, fundido 2205), 5A (J93404, fundido 2507) e 6A (J93380, tipo Zeron 100). Os limites de rendimento mínimos do duplex fundido são inferiores aos graus forjados - A995 5A garante 485 MPa, onde A182 F53 garante 550 MPa -, portanto, uma fundição não é um substituto- para um forjamento.

 

P: Que metal de adição devo usar para soldar um flange A182 F60 em um tubo duplex?

R: ER2209 para GTAW ou GMAW, ou E2209 para SMAW. Para tubos F53 e 2507, use ER2594 ou E2594. Nunca use enchimento 316L; o metal de solda austenítico resultante tem baixo teor de nitrogênio e irá perfurar antes do metal base duplex.

 

P: Que temperatura de interpasse devo manter ao soldar flanges duplex?

A: Máximo de 150 graus para graus 2205 (F51/F60) e máximo de 100 graus para super duplex (F53/F55). Exceder o limite entre passagens retarda o resfriamento na faixa de sensibilização e promove a formação de sigma na zona-afetada pelo calor.

 

P: Qual conteúdo de ferrita um flange duplex deve ter?

R: 35–65% em volume para metal básico, sendo 40–60% a meta prática de fabricação. A NACE MR0175/ISO 15156 usa 35–65% para metal base e 30–70% para metal de solda. A ferrita é medida por contagem de pontos conforme ASTM E562 ou com um ferritescópio calibrado.

 

P: Como detectar a fase sigma em um flange duplex?

R: Use ASTM A923. O Método A é um teste de triagem de ataque com hidróxido de sódio; O Método B é um teste de impacto Charpy que realmente identifica a fragilização; O método C é o exame microestrutural a 500×. ASTM A1084 fornece um método adicional de triagem eletroquímica. Charpy é o teste que detecta as falhas do PMI e das verificações de dureza perdidas.

 

P: Por que não posso usar F51 em vez de F60 para economizar dinheiro?

R: Você pode, e em serviços leves de-serviços com baixo teor de cloreto-ele será executado. O risco é que o F51 permita nitrogênio até 0,08%, portanto, um calor compatível pode chegar a PREN 31 - abaixo do limite exigido pela maioria das especificações de água do mar e serviços ácidos-. O prêmio para F60 é normalmente inferior a 5% e elimina totalmente essa variabilidade. Em qualquer coisa com base no projeto de cloreto ou H₂S, F60 é a decisão mais barata em relação à vida útil do ativo.

 

P: Quanto custa um flange duplex A182 por quilograma?

R: As faixas indicativas FOB Ásia no final de 2026 são de US$ 6,80 a 9,40/kg para F51, US$ 7,00 a 9,60/kg para F60, US$ 9,30 a 12,50/kg para F53 e US$ 11,00 a 15,00/kg para F55, contra US$ 4,30 a 6,10/kg para F316L. A conclusão da usinagem, classe de pressão, tamanho e nível de certificação move o número; um pescoço de solda Classe 150 F60 de 24 normalmente custa US$ 1.500–2.500 por peça.

 

P: F53 é igual a 2507 e F55 é igual a Zeron 100?

R: Sim. F53 é UNS S32750, vendido como super duplex 2507 ou 25Cr. F55 é UNS S32760, vendido como Zeron 100. Os graus são relacionados, mas não idênticos - F55 adiciona 0,50–1,00% de cobre e 0,50–1,00% de tungstênio, o que melhora o desempenho em ácidos redutores diluídos a um preço premium de aproximadamente 10–15% em relação ao F53.

 

P: Por que às vezes um ímã é usado para verificar flanges duplex?

R: Como o duplex é ferromagnético, diferentemente do 304 e do 316. Um ímã é um teste negativo útil - uma peça vendida como duplex que é completamente não magnética-é provavelmente um grau austenítico substituído. Não é um teste positivo, porque o aço carbono, o aço inoxidável da série 400 e alguns substitutos duplex também são magnéticos.

 

P: Os flanges duplex são adequados para serviço ácido sob NACE MR0175?

R: Sim, dentro dos limites. A ISO 15156-3 aceita aços inoxidáveis ​​duplex na condição de solução-recozida, temperada-com 35–65% de ferrita, sujeita a envelopes de temperatura e pressão parcial-de H₂S - aproximadamente 10 kPa H₂S para graus PREN 30–40 e 20 kPa para PREN acima de 40, até 232 graus. Acima desses limites, utilize uma liga de níquel.

 

P: Quais documentos devem acompanhar uma remessa de flange duplex?

A: Um certificado de teste de moinho EN 10204 3.1 mostrando química completa por calor, resultados de tensão, dureza, temperatura de tratamento térmico e meio de têmpera; resultados de conteúdo de ferrita; quaisquer relatórios de testes suplementares invocados no pedido (ASTM A923, ASTM G48); uma lista de rastreabilidade de números-de calor; e registros PMI quando especificado. Certificados tipo 3.2 com referenda-de terceiros acrescentam de 5 a 10% e são padrão em trabalho offshore.

 

P: Por que os flanges duplex custam mais do que 316L se têm menos níquel?

R: Porque o molibdênio e o cromo aumentam mais o preço do que o níquel nesses níveis e porque o processamento é mais difícil. Duplex precisa de um controle de fusão mais rígido, uma solução obrigatória de recozimento com têmpera líquida, usinagem mais lenta e mais testes. A vantagem do material é real, mas também o é o custo do processo - um flange duplex normalmente executa 1,3–1,6× um item 316L equivalente.