O Grau 91, designado como ASTM A182 F91 na especificação de forjamento, é um aço com 9% de cromo com molibdênio e pequenas adições rigorosamente controladas de vanádio, nióbio e nitrogênio. Isso o torna um aço 9Cr-1Mo-V modificado, UNS K90901, com as tensões admissíveis mais altas da família cromo-molibdênio. A Longrui Forging forja o F91 em corpos de válvula, tampas, flanges, peças anelares e pré-formas de conexões de 5 kg a 520 kg por peça, no Condado de Yunhe, Zhejiang, China.
O Grau 91 é o motivo pelo qual as modernas usinas supercríticas podem operar com vapor mais quente: o vanádio, o nióbio e o nitrogênio formam carbonitretos finos que fixam a microestrutura no lugar em temperatura, então o aço mantém sua resistência onde o 2.25Cr-1Mo (F22) começa a ceder. O preço desse desempenho é disciplina, porque as propriedades vivem na estrutura tratada termicamente, e não apenas na química.
O que é o F91
O F91 é um aço cromo-molibdênio martensítico, não um aço inoxidável. Os 9% de cromo conferem resistência à oxidação em alta temperatura, e os microligantes conferem resistência à fluência. Ele é normalizado e revenido antes de ser usado, e esse tratamento faz parte da especificação, e não uma etapa de acabamento.
| Elemento | Faixa (%) | Elemento | Faixa (%) |
|---|---|---|---|
| Carbono | 0,08 – 0,12 | Cromo | 8,0 – 9,5 |
| Manganês | 0,30 – 0,60 | Molibdênio | 0,85 – 1,05 |
| Silício | 0,20 – 0,50 | Vanádio | 0,18 – 0,25 |
| Fósforo | 0,020 máx | Nióbio (Cb) | 0,06 – 0,10 |
| Enxofre | 0,010 máx | Nitrogênio | 0,030 – 0,070 |
| Níquel | 0,40 máx | Alumínio | 0,02 máx |
Graus e designações que apontam todos para o mesmo material: UNS K90901, EN 1.4903 (X10CrMoVNb9-1), Grau 91, e F91 quando se trata de uma peça forjada. A densidade é indicada entre 7,6 e 7,8 g/cm³ nas fichas técnicas dos fornecedores, o que é suficiente para estimativa de peso, mas não é um número para colocar em um desenho.
F91, P91, WP91 e C12A: qual designação se aplica
Isso surge em quase toda consulta sobre Grau 91, e a resposta decide qual tabela de propriedades o inspetor usará:
| Designação | Norma | Forma do produto |
|---|---|---|
| F91 | ASTM A182 | Forjados: corpos de válvula, flanges, conexões forjadas, peças anelares |
| P91 | ASTM A335 | Tubos e tubulações sem costura |
| WP91 | ASTM A234 | Conexões forjadas para solda de topo |
| C12A | ASTM A217 | Fundidos |
Uma única química atravessa todas as quatro, então uma linha do coletor até a válvula de parada da turbina é do mesmo material por completo. O que muda é a norma do produto e, com ela, as tabelas de aceitação: o A182 F91 exige 415 MPa de limite de escoamento mínimo e 620 MPa de resistência à tração mínima no forjado, enquanto o grau de tubo A335 P91 apresenta o mesmo escoamento com resistência à tração mínima de 585 MPa. Se uma consulta cita o valor de 585 para um flange, é a tabela de tubos sendo aplicada a um forjado, e vale a pena resolver isso antes do pedido, e não na recepção.
Propriedades mecânicas e a janela de dureza
| Propriedade | ASTM A182 F91 mínimo |
|---|---|
| Limite de escoamento (0,2 %) | 415 MPa (60 ksi) |
| Resistência à tração | 620 MPa (90 ksi) |
| Alongamento em 50 mm | 20 % |
| Redução de área | 40 % |
| Dureza Brinell | 190 – 248 HBW |
A dureza é acompanhada por ambos os lados nesse grau, e ambos os lados significam algo. Dureza demais aponta para martensita não revenida remanescente na peça, o que é risco de trinca em serviço; dureza de menos aponta para revenido excessivo que já consumiu parte da resistência à fluência pela qual o grau foi comprado. É por isso que o F91 normalmente é encomendado com um levantamento de dureza em cada peça ou cada lote, e por que o registro de tratamento térmico acompanha o certificado.
Quando o F91 não é a resposta
- Abaixo de aproximadamente 550 °C. O Grau 91 é comprado por resistência à fluência. Em uma linha que nunca esquenta, o F22 ou o F11 faz o serviço por menos dinheiro e com um envelope de soldagem muito mais amplo.
- Serviço úmido ou com cloretos. Cromo sozinho não faz um aço inoxidável. Onde a função é corrosão e não temperatura, a resposta é um grau inoxidável ou duplex, não um aço 9Cr.
- Onde ninguém vai controlar o tratamento térmico. Um F91 soldado com procedimento errado, ou revenido na temperatura errada, perde as propriedades que o justificaram. Projetos que especificam F91 esperam tratamento térmico documentado, levantamentos de dureza e disciplina de PWHT de cada fornecedor da cadeia.
- Seções finas que não precisam dele. A vantagem de resistência aparece na espessura de parede e no peso. Em uma peça pequena e pouco carregada, não há nada a ganhar.
O que forjamos em F91
- Corpos e tampas de válvula para vapor em alta temperatura e serviço em usinas de energia
- Flanges e peças anelares conforme ASME B16.5 e dimensões do projeto
- Pré-formas de conexões e componentes usinados conforme desenho
- 5 kg a 520 kg por peça, em prensas de 2.000 T até a prensa multidirecional de 6.000 T
- Fornecido forjado, desbastado ou acabado conforme desenho, com relatórios dimensionais nas peças usinadas
- Ensaios UT, MT, PT e VT, com escopo de ensaio acordado no pedido
Controle de forjamento e tratamento térmico
O Grau 91 tem uma janela estreita de forjamento. Ele resiste à deformação em temperatura, então exige capacidade de prensa e uma equipe que trabalhe a peça em um único aquecimento em vez de reaquecê-la repetidamente. Após o forjamento, a peça é normalizada e revenida para construir a estrutura para a qual o grau é especificado, com temperatura de forno e resfriamento monitorados e registrados para cada lote.
O que controlamos em um pedido de F91:
- Faixa de temperatura de forjamento mantida e registrada, sem trabalho abaixo do mínimo
- Normalizado e revenido conforme o ciclo da Tabela 1 da ASTM A182 para F91: normalizar 1900–1975 °F [1040–1080 °C], resfriar ao ar, revenir 1350–1470 °F [730–800 °C], em ciclo registrado; onde o pedido de compra indica sua própria temperatura de revenido, trabalhamos conforme ela
- Dureza verificada após o tratamento térmico, não em substituição a ele
- Química verificada em nosso próprio espectrômetro para cada corrida, incluindo as adições de vanádio, nióbio e nitrogênio que separam o Grau 91 do simples 9Cr-1Mo
- Exame por UT e superficial antes do despacho, com escopo acordado antecipadamente
Normas, documentos e ensaios
Os forjamentos F91 são produzidos conforme a ASTM A182, a especificação para flanges de tubulação, conexões, válvulas e peças de liga e aço inoxidável forjados ou laminados para serviço em altas temperaturas. Tubos são encomendados conforme a A335, conexões conforme a A234 e fundidos conforme a A217; o mesmo material chega sob cada uma delas, e o certificado indica a norma conforme a qual foi produzido.
Um certificado de inspeção EN 10204 3.1 é o que emitimos como padrão com um pedido de F91; quando o projeto exige ensaios testemunhados, um 3.2 contra-assinado por um inspetor externo é fornecido sob solicitação e cotado como item separado. Relatórios de composição química e ensaios mecânicos, gráficos de tratamento térmico e levantamentos de dureza acompanham o embarque, e o número da corrida é rastreável desde o tarugo até a expedição. Equipamentos de ensaio e o conjunto completo de certificados estão em Capacidade e Certificações.
Leituras relacionadas
- Forjamentos em aço duplex, inox e especial
- Forjamentos em Inconel 718 (Liga 718)
- Controle de Qualidade em Forjamento
Perguntas Frequentes
O que é o material F91?
F91, UNS K90901, é a designação de forjamento da ASTM A182 para o Grau 91: um aço de 9 % de cromo e 1 % de molibdênio modificado com vanádio, nióbio e nitrogênio. É um aço cromo-molibdênio martensítico para serviço em altas temperaturas, usado principalmente em componentes de tubulação de vapor supercrítico e ultra-supercrítico. A designação europeia é 1.4903, X10CrMoVNb9-1.
Qual é a diferença entre F91 e P91?
Forma do produto e a norma que a rege. F91 é a designação de forjamento sob a ASTM A182, usada para corpos de válvula, flanges e conexões forjadas. P91 é a designação de tubos e tubulações sem costura sob a ASTM A335. A química é da mesma família, então componentes em ambas as designações são usados em uma mesma linha, mas as tabelas de propriedades mecânicas diferem: A182 F91 exige 620 MPa de resistência à tração mínima, A335 P91 exige 585 MPa.
F91 ou F22, qual devo especificar?
Resume-se a temperatura de serviço e espessura de parede. F22 (2.25Cr-1Mo) é um aço cromo-molibdênio convencional para a faixa inferior de altas temperaturas, com um envelope de soldagem e tratamento térmico mais fácil. F91 suporta tensão admissível muito mais alta na mesma temperatura, então permite paredes mais finas e componentes mais leves, ao custo de um controle de tratamento térmico e dureza muito mais rigoroso. Abaixo de cerca de 550 °C geralmente não há razão para pagar por F91.
Quais são as propriedades mecânicas da ASTM A182 F91?
Limite de escoamento mínimo de 415 MPa (60 ksi), resistência à tração mínima de 620 MPa (90 ksi), alongamento de 20 % em 50 mm, redução de área de 40 %, e uma faixa de dureza Brinell de 190 a 248 HBW. A dureza é especificada como uma faixa de propósito: ambas as extremidades carregam informações sobre o tratamento térmico.
Vocês podem forjar corpos de válvula e flanges em F91?
Sim. F91 é um dos graus de alta temperatura que forjamos regularmente, ao lado de F22 e F92. Forjamos corpos, tampas, flanges, peças em anel e pré-formas de conexões de 5 kg a 520 kg, tratamos termicamente em um ciclo registrado, verificamos a dureza após o tratamento térmico e testamos antes do despacho. Envie o desenho com o grau, a norma e o escopo de ensaio e faremos a cotação.
Qual tratamento térmico o F91 precisa?
Normalização e revenido conforme o ciclo da Tabela 1 da ASTM A182: normalizar a 1900–1975 °F [1040–1080 °C], resfriar ao ar, depois revenir a 1350–1470 °F [730–800 °C]. O objetivo é produzir a estrutura martensítica revenida da qual depende a resistência do grau e não deixar martensita não revenida. A norma também permite têmpera e revenido para conexões F91 com seção superior a 3 pol., a critério do fabricante, e um pedido de compra pode indicar seu próprio ciclo conforme os requisitos suplementares da especificação. Um controle de dureza após o tratamento térmico confirma o resultado, e o registro é enviado com o certificado.
O certificado mostra o vanádio, o nióbio e o nitrogênio?
Sim. Esses três elementos são o que diferencia o Grau 91 do 9Cr-1Mo comum, por isso fazem parte da análise química reportada no certificado, por corrida, do nosso próprio espectrômetro, e não de uma análise de papel do fornecedor.