ASTM A320 — Parafusos e Estojos para Serviço em Baixa Temperatura

Graus Abordados Neste Artigo

Este artigo abrange os seguintes graus da A320, separados em dois grupos:

• Aços Ferríticos: L7, L7M e L43
• Aços Austeníticos Inoxidáveis: B8 (Classes 1, 1A e 2) e B8M (Classes 1, 1A e 2)

A norma também cobre as variantes L7A, L7B, L7C, L70, L71, L72, L73 e L1 (ferrríticos) e B8C, B8T, B8P, B8F, B8LN e B8MLN (austeníticos), que seguem o mesmo padrão de ensaio mas com composições ligeiramente distintas. Para cada grau principal são apresentadas: composição química, requisitos mecânicos, ensaio Charpy, tratamento térmico e símbolo de marcação.

Marcações por Grau

O sublinhado nos graus Classe 2 indica encruamento (strain-hardened). A marcação do fabricante (RMO) aparece no campo superior do símbolo.

Ensaio Charpy — O Diferencial da A320

O ensaio Charpy V-notch (CVN) mede a energia absorvida pelo material ao ser fraturado por impacto em determinada temperatura. Na A320, esse ensaio é obrigatório e determina se o material é adequado para a temperatura de projeto — não basta atender à resistência mecânica estática.

Requisitos de Impacto por Grau (Tabela 2 da norma)

Aços Ferríticos — Processo de Fabricação

Os graus ferríticos L7, L7M, L43 e variantes são tratados por têmpera e revenimento. As barras devem ser resfriadas à temperatura ambiente após a laminação ou forjamento, reaquecidas uniformemente acima da temperatura crítica de austenitização, temperadas em meio líquido e revenidas acima das temperaturas mínimas especificadas. O uso de têmpera em água é proibido quando o tratamento térmico é realizado após o cabeçamento ou laminação das roscas.

Para o L7M, o tratamento térmico final (revenimento ou alívio de tensões) deve ser realizado após a usinagem ou laminação das roscas e qualquer tipo de corte, a no mínimo 1150 °F [620 °C]. Este requisito é o que distingue o L7M do L7.

Grau L7 — Cromo-Molibdênio (AISI 4140/4142/4145)

O L7 é o grau ferrítico de maior uso na A320, baseado em aços Cr-Mo como AISI 4140, 4142, 4145, 4140H, 4142H e 4145H. Aplicável a diâmetros até 2½ in. [65 mm]. As variantes L7A (AISI 4037/C-Mo), L7B (AISI 4137/Cr-Mo), L7C (AISI 8740/Ni-Cr-Mo) e L70–L73 seguem a mesma estrutura de ensaio com composições distintas.

Composição Química (% em massa) — L7, L7M, L70

* Para o grau L7M, carbono mínimo de 0,28% é permitido desde que os requisitos de tração sejam atendidos; AISI 4130/4130H é permitido.

Requisitos Mecânicos

Ensaio Charpy

• L7: –150 °F [–101 °C] — energia média mín. 20 ft·lbf [27 J] (10×10 mm) ou 16 ft·lbf [22 J] (10×7,5 mm).
• L7M: –100 °F [–73 °C] — energia média mín. 20 ft·lbf [27 J] (10×10 mm) ou 16 ft·lbf [22 J] (10×7,5 mm).

Ensaios

• Tração: obrigatória — um ensaio de tração e um conjunto de três corpos de prova Charpy por diâmetro por calda.
• Charpy CVN: obrigatório — três corpos de prova por lote; temperatura e energia conforme tabela acima.
• Dureza: obrigatória. Para L7M, cada parafuso/estojo deve ser testado individualmente (Brinell ou Rockwell B); alternativa eletromagnética (E566) permitida com validação por amostra mínima de 100 peças.
• Expansão lateral (S2): facultativo — valor mínimo de 0,015 in. [0,38 mm] por espécime; temperatura definida pelo comprador.

Marcação

Porca correspondente (ASTM A194)

Grau 7 para L7 — com ensaio Charpy obrigatório. Grau 7M para L7M.

Grau L43 — Níquel-Cromo-Molibdênio (AISI 4340)

O L43 é baseado no AISI 4340, aço Ni-Cr-Mo de alta temperabilidade, utilizado quando diâmetros maiores são necessários mantendo boas propriedades de impacto em baixa temperatura. Aplicável a diâmetros até 4 in. [100 mm]. Quando especificado para –150 °F [–101 °C], podem ser necessárias restrições adicionais de P e S além das usuais para o AISI 4340.

Composição Química (% em massa)

Requisitos Mecânicos

Ensaio Charpy

–150 °F [–101 °C] — energia média mínima 20 ft·lbf [27 J] (10×10 mm) ou 16 ft·lbf [22 J] (10×7,5 mm). Energia adicional: 40 ft·lbf [54 J] (10×10 mm) — ver Tabela 2 da norma.

Ensaios

• Tração: obrigatória por lote.
• Charpy CVN: obrigatório a –150 °F [–101 °C].
• Dureza: obrigatória.
• Expansão lateral (S2): facultativo — nota: L43 é preferível ao L7 quando medições de expansão lateral a –150 °F [–101 °C] são exigidas.
• Material lingotado (S4): facultativo — proíbe o uso de material de lingotamento contínuo.

Marcação

Porca correspondente (ASTM A194)

Grau 7 (com ensaio Charpy). Porcas grau L43 (marcadas L43) também podem ser fornecidas, sujeitas aos requisitos de carga de prova do grau 7.

Aços Austeníticos Inoxidáveis — Conceitos Gerais

Os graus austeníticos da A320 recebem tratamento de solubilização de carbonetos, nas mesmas classes da A193:

• Classe 1: solubilização após laminação, forjamento ou cabeçamento — barras, arames e componentes acabados.
• Classe 1A: solubilização após todas as operações incluindo rosqueamento — apenas componentes acabados; maior resistência à corrosão intergranular.
• Classe 2: solubilização seguida de encruamento por deformação a frio.

Isenções de Charpy para Austeníticos

• Classes 1, 1A e 2 (todos os graus): isentos acima de –325 °F [–200 °C].
• B8, B8A, B8P, B8PA, B8C, B8CA, B8LN e B8LNA: isentos acima de –425 °F [–255 °C].
• Diâmetros ≤ ½ in. [12,5 mm]: isentos de Charpy, salvo S1.
• Quando exigido, os critérios de ensaio são acordados entre comprador e fornecedor.

Grau B8 / B8A — Inoxidável Austenítico 304 (UNS S30400)

O B8 Classe 1 é solubilizado antes do acabamento; o B8A Classe 1A é solubilizado após todas as operações de fabricação incluindo rosqueamento, para maior resistência à corrosão intergranular.

Composição Química (% em massa)

Requisitos Mecânicos — Classes 1 e 1A (todos os diâmetros)

* Para diâmetros ≤ ¾ in. [20 mm], dureza máx. permitida 241 HBW / 100 HRB.

Ensaios

• Tração: obrigatória por lote.
• Charpy CVN: isento acima de –425 °F [–255 °C]; quando exigido, critérios acordados entre comprador e fornecedor.
• Dureza: obrigatória.
• Impacto para Classe 1A (S1): facultativo — quando propriedades de impacto são exigidas para graus normalmente isentos.

Marcação

Porca correspondente (ASTM A194)

Grau 8 (Classe 1) ou 8A (Classe 1A). Porcas também devem ser submetidas aos ensaios de impacto da A320 quando aplicável.

Grau B8 Classe 2 — Inoxidável Austenítico 304 Encruado

Após solubilização, o material é submetido a encruamento por deformação a frio para atingir resistências mecânicas significativamente maiores. As propriedades decrescem com o aumento do diâmetro.

Composição Química

Idêntica ao B8 Classe 1 (AISI 304 / S30400).

Requisitos Mecânicos — Classe 2

Ensaios

• Tração full size: obrigatória após encruamento.
• Charpy CVN: isento acima de –325 °F [–200 °C]; quando exigido, critérios acordados.
• Dureza: obrigatória (mín. 200 HBW / 93 HRB para atender ao Rm mínimo).
• Dureza na raiz de rosca (S3): facultativo — para aplicações ASME; dureza máx. Rockwell C35.

Marcação

Porca correspondente (ASTM A194)

Grau 8 (solubilizado).

Grau B8M / B8MA — Inoxidável Austenítico 316 (UNS S31600)

O B8M Classe 1 é equivalente ao AISI 316, com adição de molibdênio (2–3%) que confere resistência superior à corrosão por pite e frestas. O B8MA Classe 1A é solubilizado após todas as operações de fabricação.

Composição Química (% em massa)

Requisitos Mecânicos — Classes 1 e 1A (todos os diâmetros)

* Para diâmetros ≤ ¾ in. [20 mm], dureza máx. permitida 241 HBW / 100 HRB.

Ensaios

Idênticos ao B8 Classes 1 e 1A: tração e dureza obrigatórias; Charpy isento acima de –425 °F [–255 °C]; S1 e S3 facultativos.

Marcação

Porca correspondente (ASTM A194)

Grau 8M (Classe 1) ou 8MA (Classe 1A).

Grau B8M Classe 2 — Inoxidável Austenítico 316 Encruado

Mesmo aço 316 do B8M Classe 1, porém com solubilização seguida de encruamento a frio. As propriedades mecânicas são menores que as do B8 Classe 2 para o mesmo diâmetro, pois o molibdênio limita a capacidade de encruamento.

Composição Química

Idêntica ao B8M Classe 1 (AISI 316 / S31600).

Requisitos Mecânicos — Classe 2

Ensaios

Idênticos ao B8 Classe 2: tração full size obrigatória; dureza mín. 200 HBW / 93 HRB; Charpy isento acima de –325 °F [–200 °C]; S3 facultativo.

Marcação

Porca correspondente (ASTM A194)

Grau 8M (solubilizado).

Porcas e Arruelas

A A320 define especificamente os graus de porca para cada material de parafuso/estojo, e todas as porcas devem ser submetidas aos mesmos ensaios de impacto da especificação — os corpos de prova são retirados das porcas ou dos blanks de porca, tratados termicamente junto com as porcas.

Arruelas para graus ferríticos devem conformar com a ASTM F436/F436M. Para graus austeníticos, as arruelas devem ser em aço inoxidável austenítico conforme acordo entre fabricante e comprador, com dimensões conforme ASME B18.21.1.

Revestimentos

A norma A320 não aborda revestimentos diretamente — aplica-se o mesmo princípio da A193: revestimentos são proibidos salvo especificação do comprador. Quando aplicados, as limitações de temperatura de serviço dos revestimentos devem ser consideradas (zinco máx. 390 °F [210 °C]; cádmio máx. 300 °F [160 °C]).