ASTM A194 — Porcas para Alta Pressão e Alta Temperatura

Marcações por Grau

Definição de Lote

Por padrão, um lote é a quantidade de porcas de mesmo diâmetro nominal e mesmo grau produzidas pelo mesmo processo de fabricação. Quando o Requisito Suplementar S5 (rastreabilidade por corrida) é invocado, o lote passa a ser definido por diâmetro, grau, mesma corrida e mesmo lote de tratamento térmico (para forno batelada: mesmo lote; para forno contínuo: corrida de até 8 h nas mesmas condições).

Graus Ferríticos e de Liga — Processo de Fabricação

As porcas dos graus ferríticos e de liga podem ser forjadas a quente, forjadas a frio ou usinadas de barras laminadas a quente, laminadas e trefiladas a frio. Os graus que exigem tratamento térmico são austenitizados uniformemente (carga de têmpera), temperados e revenidos nas temperaturas mínimas indicadas abaixo:

Os graus 2H, 2HM, 3, 7 e 7M são temperados em meio líquido; graus 6 e 6F podem ser temperados em líquido ou gás inerte.

Grau 2H — Aço Carbono Temperado e Revenido

O grau 2H é o par convencional para o parafuso/estojo A193-B7 em serviço de alta pressão e temperatura. É o grau de porca de maior utilização no mercado para flanges de processos.

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza (porcas prontas): obrigatória — conforme tabela de amostras por lote.
• Ensaio de carga de prova (Proof Load): obrigatório — porcas resistem à carga de prova tabelada (Tabela 3/Tabela 4 da norma). Carga de prova prevalece sobre dureza em caso de conflito.
• Ensaio térmico de amostra (8.1.5): obrigatório — uma porca por diâmetro por corrida é aquecida a 1000 °F [540 °C] por 24 h e resfriada lentamente; deve atingir dureza mín. 159 HBW / 84 HRB após o tratamento.
• Carga de prova para porcas grandes (S4): facultativo — para cargas acima de 160 000 lbf / 705 kN.
• Requisitos de baixa temperatura — Charpy (S3): facultativo — aplica ensaios Charpy conforme A320-L7 quando invocado; adiciona "L" à marcação (ex.: 7L).
• Tamanho de grão (S6): facultativo — para uso acima de 1000 °F [540 °C]; grão mín. no. 7.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B7 — principal par utilizado na indústria de petróleo, gás e petroquímica.

Grau 2HM — Aço Carbono com Dureza Controlada

O grau 2HM é o par do parafuso/estojo A193-B7M. Assim como o B7M, possui faixa de dureza controlada para reduzir sensibilidade à fragilização por hidrogênio. Exige alívio de tensões final após todas as operações de usinagem, corte e conformação, a no mínimo 50 °F (28 °C) abaixo da temperatura de revenimento original. Quando o revenimento original foi realizado por indução acima de 1300 °F (705 °C) e o alívio final será em forno convencional, a temperatura mínima de alívio é 1200 °F (650 °C).

Composição Química

Idêntica ao grau 2H: C mín. 0,40%, Mn máx. 1,00%, P máx. 0,040%, S máx. 0,050%, Si máx. 0,40%.

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza 100%: obrigatória em cada porca — por indentação ou, alternativamente, por ensaio eletromagnético (E566) qualificado; após ensaio eletromagnético, amostra de mín. 100 porcas por lote é verificada por indentação. Qualquer resultado fora dos limites implica rejeição do lote ou reteste 100% por indentação.
• Carga de prova: obrigatória.
• Ensaio térmico de amostra (8.1.5): obrigatório — 1000 °F [540 °C] / 24 h; dureza mín. 159 HBW / 84 HRB.
• 100% Dureza por indentação (S10): facultativo — exige ensaio por indentação em cada porca.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B7M

Grau 3 — Aço 5% Cromo-Molibdênio (UNS S50100 / AISI 501)

Par recomendado para o parafuso/estojo A193-B5. Aço martensítico com teor de 4–6% Cr e 0,40–0,65% Mo.

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza: obrigatória por lote.
• Carga de prova: obrigatória.
• Ensaio térmico de amostra (8.1.5): obrigatório — 1100 °F [590 °C] / 24 h; dureza mín. 201 HBW / 94 HRB.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B5

Grau 6 — Inoxidável Martensítico 12% Cr (AISI 410, UNS S41000)

Par para o parafuso/estojo A193-B6. Deve ser revenido por no mínimo 1 hora. A variante 6F contém adições para usinabilidade (AISI 416 / 416Se).

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza: obrigatória por lote.
• Carga de prova: obrigatória.
• Não há ensaio térmico de amostra (8.1.5) para o grau 6.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B6 e B6X

Grau 7 — Cromo-Molibdênio Temperado e Revenido

Par de alta resistência para o parafuso/estojo A193-B7 em aplicações de alta temperatura. Utiliza aço Cr-Mo (ex. AISI 4140/4142) com propriedades mecânicas mais elevadas que o grau 2H.

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza: obrigatória por lote.
• Carga de prova: obrigatória.
• Ensaio térmico de amostra (8.1.5): obrigatório — 1100 °F [590 °C] / 24 h; dureza mín. 201 HBW / 94 HRB.
• Charpy para baixa temperatura (S3): facultativo — quando invocado, aplica os requisitos da A320 para grau L7; acrescenta "L" à marcação.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B7 e B16

Grau 7M — Cromo-Molibdênio com Dureza Controlada

Par do parafuso/estojo A193-B7M. Mesma composição do grau 7 com faixa de dureza reduzida. Exige alívio de tensões final após usinagem, corte e conformação (mesmas regras do 2HM). A preparação da porca para ensaio de dureza deve minimizar alterações dimensionais e preservar a legibilidade das marcações.

Composição Química

Idêntica ao grau 7: C 0,38–0,48%, Mn 0,75–1,00%, P máx. 0,035%, S máx. 0,040%, Si 0,15–0,35%, Cr 0,80–1,10%, Mo 0,15–0,25%.

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza 100%: obrigatória em cada porca (indentação ou eletromagnético qualificado com verificação por amostra de mín. 100 peças por lote).
• Carga de prova: obrigatória.
• Ensaio térmico de amostra (8.1.5): obrigatório — 1100 °F [590 °C] / 24 h; dureza mín. 159 HBW / 84 HRB.
• 100% Dureza por indentação (S10): facultativo.
• Charpy para baixa temperatura (S3): facultativo (grau L7M quando invocado).

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B7M

Grau 16 — Cromo-Molibdênio-Vanádio

Par do parafuso/estojo A193-B16. Deve ser temperado em óleo de 1700–1750 °F (925–955 °C) e revenido à temperatura mínima de 1200 °F (650 °C). Mesmo sistema de liga Cr-Mo-V.

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza: obrigatória por lote.
• Carga de prova: obrigatória.
• Ensaio térmico de amostra (8.1.5): obrigatório — 1200 °F [650 °C] / 24 h; dureza mín. 201 HBW / 94 HRB.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B16

Graus Austeníticos Inoxidáveis — Processo de Fabricação

Os graus austeníticos (prefixo "8" e "9") podem ser forjados a quente, forjados a frio ou usinados de barras. Os aços inoxidáveis para graus 6 e 8 devem ser produzidos por forno elétrico, forno de indução a vácuo, ou por esses processos seguidos de refusão por eletroescória ou arco consumível.

• Graus 8, 8C, 8M, 8T, 8F, 8P, 8N, 8MN, 8R, 8S, 8LN, 8MLN, 8MLCuN, 8ML4CuN e 9C: fornecidos na condição solubilizada (forjados a quente/frio ou usinados de barra).
• Graus 8A, 8CA, 8MA, 8TA, 8FA, 8PA, 8NA, 8MNA, 8RA, 8SA, 8LNA, 8MLNA, 8MLCuNA, 8ML4CuNA e 9CA: fornecidos na condição solubilizada após todas as operações de fabricação (tratamento térmico de solubilização no componente acabado — maior resistência à corrosão).

Grau 8 / 8A — Inoxidável Austenítico 304 (UNS S30400)

Par do parafuso/estojo A193-B8 Classe 1. O grau 8 é fornecido solubilizado antes do acabamento; o grau 8A é solubilizado após o acabamento completo (maior proteção à corrosão intergranular).

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza: obrigatória por lote (mesma tabela de amostras que os graus ferríticos).
• Carga de prova: obrigatória para os tamanhos cobertos nas Tabelas 3 e 4; para geometrias fora das tabelas, utiliza-se dureza por seção transversal (Annex A3 da A370).
• Tamanho de grão (S6): facultativo — para uso acima de 1000 °F [540 °C]; grão mín. no. 7.
• Encruamento (S1): facultativo — quando invocado, porcas são usinadas de barra trefilada a frio ou conformadas a frio; sem tratamento térmico subsequente; devem suportar carga de prova maior (Tabelas S1.1 e S1.2); marcação com símbolo sublinhado.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B8 Classe 1 (par para grau 8) e B8 Classe 2 (par para grau 8, mesmo solubilizado).

Grau 8M / 8MA — Inoxidável Austenítico 316 (UNS S31600)

Par do parafuso/estojo A193-B8M Classe 1. O grau 8M é solubilizado antes do acabamento; o 8MA é solubilizado após o acabamento completo. A adição de molibdênio (2–3%) proporciona resistência superior à corrosão por pite em meios clorados.

Composição Química (% em massa)

Requisitos de Dureza

Ensaios

• Dureza: obrigatória por lote.
• Carga de prova: obrigatória.
• Tamanho de grão (S6): facultativo.
• Encruamento (S1): facultativo — mesmas regras do grau 8.

Marcação

Parafuso/estojo A193 correspondente

B8M Classe 1 e B8M Classe 2

Carga de Prova (Proof Load) — Conceito

A carga de prova é a força axial que a porca deve suportar sem falha quando aplicada através de um mandril roscado. Não é uma carga de projeto — é um ensaio de aceitação que verifica a integridade da porca sob carga estática. As cargas tabeladas variam por grau, diâmetro e série (hex ou heavy hex). Para porcas de travamento (jam nuts), a carga de prova é 46% da carga tabelada.

Para porcas que não se enquadram nas dimensões das Tabelas 3 e 4 da A194 nem nas suplementares S1 e S4, utiliza-se dureza por seção transversal conforme Annex A3 da A370.

Revestimentos

Revestimentos são proibidos salvo especificação do comprador (Requisitos Suplementares S7 e S8):

• Porcas revestidas com zinco recebem o sufixo ZN após o símbolo de grau (ex.: 2HZN).
• Porcas revestidas com cádmio recebem o sufixo CD.
• Porcas revestidas com zinco ou cádmio não estão sujeitas ao ensaio térmico de amostra (8.1.5) da norma — conforme nota de rodapé da tabela de ensaios.
• Limitações de temperatura de serviço: zinco máx. 390 °F [210 °C]; cádmio máx. 300 °F [160 °C].