ASTM A182 F22 / P22 – aço 2¼Cr-1Mo: normas, composição e propriedades
O 2¼Cr-1Mo é o aço cromo-molibdênio mais usado em alta temperatura e hidrogênio. A mesma composição recebe nomes diferentes conforme a forma do produto: F22 no forjado, Gr 22 na chapa, P22 e T22 no tubo, WP22 na conexão e WC9 no fundido. Esta página reúne todas as normas, classes e tratamentos da família.
Uma composição, várias normas
O nome muda com a forma do produto. Ao especificar, cite norma, grau e classe.
| Forma | ASTM/ASME | Grau/classe | EN | ABNT/outras |
|---|---|---|---|---|
| Forjado | A182 / SA-182 | F22 Cl.1, F22 Cl.3 | EN 10222-2 11CrMo9-10 (1.7383) | JIS G3203 SFVA F22* |
| Forjado grande | A336 / SA-336 | F22 Cl.1, F22 Cl.3 | EN 10222-2 11CrMo9-10 | — |
| Forjado temperado | A508 / SA-508 | Gr 22 Cl.3 (também Cl.4 e 5) | — | Ex-A541 Gr 22 (retirada) |
| Chapa | A387 / SA-387 | Gr 22 Cl.1, Gr 22 Cl.2, Gr 22L | EN 10028-2 10CrMo9-10 (1.7380) | JIS G4109 SCMV4-1, SCMV4-2 |
| Tubo (pipe) | A335 / SA-335 | P22 | EN 10216-2 10CrMo9-10 | JIS G3458 STPA24 |
| Tubo de caldeira (tube) | A213 / SA-213 | T22 | EN 10216-2 10CrMo9-10 | JIS G3462 STBA24 |
| Barra | A739 | B22 | — | — |
| Conexões solda de topo | A234 / SA-234 | WP22 Cl.1, WP22 Cl.3 | — | — |
| Fundido | A217 / SA-217 | WC9 | EN 10213 G17CrMo9-10 (1.7379) | JIS G5151 SCPH32* |
| Serviço com H₂S | NACE MR0175 / ISO 15156-2 | dureza ≤ 22 HRC | — | Requisitos de reatores: API RP 934-A |
A ASTM A541 Gr 22 foi retirada sem substituta; os graus antigos estão hoje na A508. "F22" sozinho não define a resistência: cite norma, grau e classe.
Composição química por norma (%)
As faixas de cada norma lado a lado, para ver onde elas diferem.
| Norma | C | Mn | P máx | S máx | Si máx | Cr | Mo | Outros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A182 F22 | 0,05–0,15 | 0,30–0,60 | 0,040 | 0,040 | 0,50 | 2,00–2,50 | 0,87–1,13 | — |
| A387 Gr 22 | 0,05–0,15 | 0,30–0,60 | 0,025 | 0,025 | 0,50 | 2,00–2,50 | 0,90–1,10 | Gr 22L: C ≤ 0,10 |
| A335 P22 / A213 T22 | 0,05–0,15 | 0,30–0,60 | 0,025 | 0,025 | 0,50 | 1,90–2,60 | 0,87–1,13 | — |
| A234 WP22 | 0,05–0,15 | 0,30–0,60 | 0,030 | 0,030 | 0,50 | 1,90–2,60* | 0,87–1,13 | — |
| A217 WC9 | 0,05–0,18 | 0,40–0,70 | 0,04* | 0,045* | 0,60 | 2,00–2,75 | 0,90–1,20 | Cu ≤ 0,50; Ni ≤ 0,50; W ≤ 0,10; total ≤ 1,00 |
| EN 10028-2 10CrMo9-10 | 0,08–0,14 | 0,40–0,80 | 0,020 | 0,010 | 0,50 | 2,00–2,50 | 0,90–1,10 | Cu ≤ 0,30 |
| EN 10222-2 11CrMo9-10 | 0,08–0,15 | 0,40–0,80 | 0,025 | 0,015* | 0,50 | 2,00–2,50 | 0,90–1,10 | Ni ≤ 0,30; Cu ≤ 0,30 |
Propriedades mecânicas por norma
Valores mínimos à temperatura ambiente, na condição de fornecimento indicada.
| Norma e classe | LE mín | LR | Along. | RA | Dureza |
|---|---|---|---|---|---|
| FORJADO | |||||
| A182 F22 Cl.1 | 205 MPa | ≥ 415 MPa | 20 % | 35 % | ≤ 170 HBW |
| A182 F22 Cl.3 | 310 MPa | ≥ 515 MPa | 20 % | 30 % | 156–207 HBW |
| A336 F22 Cl.1 | 205 MPa | 415–585 MPa | 20 % | 35 %* | — |
| A336 F22 Cl.3 | 310 MPa | 515–690 MPa | 18 % | 45 %* | — |
| A508 Gr 22 Cl.3 | 380 MPa | 585–760 MPa | 18 % | 45 %* | — |
| LAMINADO | |||||
| A387 Gr 22 Cl.1 | 205 MPa | 415–585 MPa | 18 % | 40 % | — |
| A387 Gr 22 Cl.2 | 310 MPa | 515–690 MPa | 18 % | 40 % | — |
| EN 10028-2 10CrMo9-10 (≤ 16 mm) | 310 MPa | 480–630 MPa | 18 % | — | — |
| A335 P22 | 205 MPa | ≥ 415 MPa | 30 % long. / 20 % transv. | — | — |
| A213 T22 | 205 MPa | ≥ 415 MPa | 30 % | — | ≤ 163 HBW |
| EN 10216-2 10CrMo9-10 (≤ 40 mm) | 280 MPa | 480–630 MPa | 22 % long. | — | — |
| A739 B22 | 310 MPa | 515–655 MPa | 18 % | — | — |
| CONEXÕES E FUNDIDOS | |||||
| A234 WP22 Cl.1 | 205 MPa | 415–585 MPa | 20 %* | — | ≤ 197 HBW |
| A234 WP22 Cl.3 | 310 MPa | 520–690 MPa | 20 %* | — | ≤ 197 HBW |
| A217 WC9 | 275 MPa | 485–655 MPa | 20 % | 35 % | — |
| EN 10213 G17CrMo9-10 +QT | 400 MPa | 590–740 MPa | 18 % | — | — |
Classe 1, Classe 2 e Classe 3: o que muda
A composição é a mesma. A classe define o nível de resistência obtido pelo tratamento térmico. A Classe 1 é recozida ou normalizada e revenida com escoamento mínimo de 205 MPa. A Classe 3 do forjado e da conexão, e a Classe 2 da chapa, chegam a 310 MPa e são as mais especificadas em projetos de vapor e refinaria. Na A508 as Classes 3, 4 e 5 são temperadas e têm resistência ainda maior.
Tratamentos térmicos previstos nas normas
| Norma | Condição de fornecimento | Revenido mínimo |
|---|---|---|
| A182 F22 | Recozido, normalizado e revenido, ou temperado e revenido (austenitização ≥ 900 °C) | 675 °C |
| A336 F22 | Normalizado ou temperado em líquido, seguido de revenido | 675 °C |
| A508 Gr 22 | Temperado (spray ou imersão) e revenido, mín. 0,5 h por polegada | 650 °C |
| A387 Gr 22 | Recozido ou normalizado e revenido; temperado e revenido por acordo | 675 °C* |
| A335 P22 / A213 T22 | Recozimento pleno ou isotérmico, ou normalizado e revenido | 675 °C |
| A234 WP22 | Recozido, recozido isotérmico ou normalizado e revenido | 675 °C |
| A739 B22 | Normalizado (927–982 °C) e revenido | 677 °C |
| A217 WC9 | Normalizado e revenido, ou temperado e revenido | 675 °C* |
| EN 10222-2 / 10028-2 | +NT (normalizado e revenido) ou +QT (temperado e revenido) | 650–750 °C |
| JIS STPA24 / STBA24 | Recozimento ou normalização, seguidos de revenido | 650 °C |
Variantes da família
| Variante | Normas | Diferença | LE / LR |
|---|---|---|---|
| 2¼Cr-1Mo-¼V (F22V, UNS K31835) | A182 F22V, A336 F22V, A508 Gr 22V, A542 Tipo D Cl.4a, A832 22V | V 0,25–0,35 %, C 0,11–0,15 %, residuais controlados; padrão dos reatores modernos | 415 / 585–760 MPa |
| 3Cr-1Mo (F21, UNS K31545) | A182 F21, A336 F21, A387 Gr 21, A335 P21 | Cr 2,70–3,30 %; pouco usada hoje | 310 / ≥ 515 MPa |
| F22 modificado (API 6A 75K) | API 6A, base A182 F22 | Química ajustada e têmpera e revenido até a classe 75K; não é grau ASTM | 517 / ≥ 655 MPa |
| A387 Gr 22L | A387 | Carbono ≤ 0,10 % para soldabilidade e tenacidade | conforme classe |
Temperatura de serviço e hidrogênio
- Uso contínuo: até cerca de 565–595 °C; o ASME II-D tabela tensões até 649 °C, mas acima de 595 °C a oxidação limita.
- Fluência: passa a governar o projeto a partir de cerca de 425–480 °C.
- Hidrogênio (HTHA): na curva de Nelson (API RP 941) o 2¼Cr-1Mo fica bem acima do C-½Mo e do 1¼Cr-½Mo; a versão com vanádio vai além.
- Grafitização: não ocorre: o cromo estabiliza os carbonetos.
- H₂S (NACE MR0175 / ISO 15156): aceito com dureza ≤ 22 HRC, inclusive na solda.
Fragilização ao revenido
- Mecanismo: em serviço longo entre cerca de 370 e 565 °C, P, Sn, Sb e As segregam no contorno de grão e sobem a temperatura de transição dúctil-frágil.
- Fator J (Watanabe), metal base: J = (Si + Mn) × (P + Sn) × 10⁴, em % peso; limite usual J ≤ 100.
- X̄ (Bruscato), metal de solda: X̄ = (10P + 5Sb + 4Sn + As) / 100, em ppm; limite usual ≤ 15 ppm.
- Step cooling: envelhecimento acelerado com curvas Charpy antes e depois; o critério vem da especificação do comprador (API RP 934-A).
Soldagem
| Item | Prática usual |
|---|---|
| Pré-aquecimento | 150 a 250 °C |
| Consumíveis | AWS A5.5 E9018-B3 / E9015-B3 (eletrodo), A5.28 ER90S-B3 (TIG/MIG) |
| Tratamento pós-soldagem | Obrigatório, cerca de 690 a 750 °C |
| Hidrogênio na solda | Consumíveis de baixo hidrogênio e pós-aquecimento para evitar trinca a frio |
Metal de adição para soldar
A composição do arame normalmente não é idêntica à do material: cada página explica o motivo.
Equivalências internacionais
| Sistema | Designação |
|---|---|
| EN | 10CrMo9-10 (1.7380) chapa e tubo · 11CrMo9-10 (1.7383) forjado · G17CrMo9-10 (1.7379) fundido |
| DIN antigo | 10 CrMo 9 10 · GS-18 CrMo 9 10 |
| AFNOR antigo | 10 CD 9.10 |
| JIS | SCMV4 (chapa) · STPA24 (tubo) · STBA24 (tubo de caldeira) |
| GB (China) | 12Cr2Mo1R (chapa) · 12Cr2MoG (tubo)* |
Equivalência é aproximada: carbono, residuais e propriedades diferem. Não substitua uma norma por outra sem análise de projeto.
Aplicações típicas
| Forma | Onde é usado |
|---|---|
| Forjado | Flanges, bocais e conexões de reatores de hidrotratamento e hidrocraqueamento; anéis e cascos forjados; flanges de vapor e hidrogênio; F22 75K em cabeças de poço API 6A |
| Chapa | Cascos e tampos de vasos de pressão e reatores, tambores de caldeira, separadores de alta pressão |
| Tubo | P22: vapor principal e reaquecido, linhas de hidrogênio · T22: superaquecedores, reaquecedores e trocadores |
| Conexões | Curvas, tês, reduções e caps WP22 casando com tubo P22 |
| Fundido | Corpos e tampas de válvulas para vapor e hidrogênio, carcaças de turbinas e bombas |
Perguntas frequentes
F22 e P22 são o mesmo aço?
Sim, a mesma família 2¼Cr-1Mo. F22 é o forjado (A182) e P22 é o tubo (A335). O tubo tem faixa de cromo um pouco mais larga (1,90–2,60 %).
Qual a diferença entre F11, F22 e F91?
O F11 (1¼Cr-½Mo) serve para temperaturas menores. O F22 aguenta mais fluência e hidrogênio. O F91 (9Cr-1Mo-V) tem resistência à fluência muito maior e permite paredes mais finas, mas exige soldagem e tratamento mais rigorosos.
Quando pedir F22V em vez de F22?
Em reatores de hidroprocessamento grandes, onde a maior resistência do F22V reduz a espessura e melhora a resistência ao hidrogênio.
O F22 pode ser usado em serviço com H₂S?
Sim, pela NACE MR0175 / ISO 15156, desde que a dureza fique em até 22 HRC, inclusive na solda.