A216 WCB Carbon Steel: Válvulas, Flanges, Equipamento de pressão

Introdução

ASTM A216 / ASME SA-216- Grade WCB -é a designação padrão de aço carbono fundido comumente usado em aplicações de temperatura de pressão.

Historicamente adotado em todo o petroquímico, geração de energia, trabalhos hidráulicos e setores industriais gerais, Castings WCB aparecem no portão, globo, Válvulas de check e bola, acessórios para tubos, corpos de bomba e vasos de pressão.

Combina baixo custo de material, Boa castabilidade e máquinabilidade, e desempenho mecânico aceitável em uma ampla janela de temperatura, o que a torna a escolha padrão em que ataques corrosivos e temperaturas extremas não são drivers primários.

1. O que é A216 WCB Carbon Steel?

A216 WCB (ASTM A216 / ASME SA-216 Grade WCB) é um uso geral elenco aço carbono especificado para peças fundidas de retenção de pressão, como corpos da válvula, Altas da bomba, flanges e componentes.

É formulado como um soldável, Aço "baixo carbono" (0.25–0,35% c) destinado a oferecer um equilíbrio pragmático de custo, castabilidade, MACHINABILIDADE, resistência e resistência ao serviço em temperaturas ambientais e moderadas.

Orientação de serviço típica coloca o WCB no intervalo –29 ° C a ~ 427 ° C, Embora a temperatura de trabalho exata permitida dependa do código de projeto, espessura da seção e propriedades mecânicas/de impacto necessárias.

A quebra de designação de grau (O que “WCB” significa)

ASTM A216 usa códigos de letra compactos para descrever o serviço pretendido e as propriedades relativas:

• W - soldável: A prática de química e fusão são controlados para reduzir os problemas de soldabilidade (baixa tendência de rachaduras de hidrogênio e hardenabilidade moderada).
• C - aço carbono: Não é uma nota deliberadamente ligada (sem alto cr. intencional, Adições de ni como em aços fundidos em aço inoxidável/liga).
• B - Grau B: um equilíbrio de força/ductilidade de gama média dentro da família A216. (Outras séries A216: WCA = grau de carbono com menor resistência; WCC = grau de alto carbono/maior resistência.)

2. Química típica da ASTM A216 WCB Carbon Steel

3. Propriedades mecânicas do aço carbono A216 WCB

O desempenho de ASTM A216 WCB O aço carbono fundido em serviço depende de seu propriedades mecânicas, que são controlados pela química, Tamanho da seção, qualidade de fundição, e tratamento térmico.

Propriedades mecânicas típicas da temperatura ambiente

(Conforme especificado pelo ASTM A216 / ASME SA-216, com dados típicos de fundição)

Efeito do tamanho da seção: Peças fundidas de espessura grande mais lentas, Produzindo estruturas mais grossas de pérola/ferrita → resistência à tração inferior e tenacidade de impacto.

Propriedades mecânicas de temperatura elevada

ASTM A216 WCB Carbon Steel é amplamente utilizado em Aplicações de pressão de média temperatura, Mas como todos os aços carbono, isso é A força mecânica diminui à medida que a temperatura aumenta.

4. Físico & Propriedades térmicas do aço carbono A216 WCB

Além de suas propriedades mecânicas, o propriedades físicas e térmicas OF ASTM A216 WCB fundido aço desempenham um papel crítico no design de engenharia.

Esses valores determinam o desempenho em variações de temperatura, Ciclismo térmico, e serviço de pressão, particularmente em articulações flangeadas, corpos da válvula, e componentes de tubulação.

Propriedades físicas típicas

Propriedades térmicas

5. Processos de fundição do aço carbono A216 WCB

ASTM A216 WCB componentes são mais comumente produzidos por elenco, Devido à excelente castabilidade da liga e seu uso generalizado em válvulas, flanges, carcaças da bomba, e equipamento de pressão.

A escolha do método de fundição depende de Tamanho da peça, complexidade, custo, e precisão dimensional necessária.

Fundição de areia (Areia verde / Areia ligada a resina)

• Uso: Processo dominante (>80% de produção da WCB). Adequado para grande, pesado, e partes complexas como corpos da válvula, caixas de pressão, e flanges.
• Materiais de moldagem:

• • Areia verde (argila ligada): Baixo custo, alta produtividade, mas a precisão dimensional inferior.
  • Areia ligada a resina (furano/fenólico): Melhor força, Controle dimensional, e acabamento superficial para corpos da válvula crítica.

• Recursos:

• • Faixa de peso: 10 kg para >10 toneladas.
  • Tolerância dimensional: CT 9–11 (ISO 8062).
  • Acabamento superficial: RA 12,5-25 μm.

• Vantagens: Econômico para peças fundidas grandes; acomoda passagens internas intrincadas com núcleos.
• Limitações: Maior subsídio de usinagem necessária (3–6 mm); propenso a defeitos de superfície (Inclusão de areia, rugosidade).

Elenco de investimento (Processo de cera perdida)

• Uso: Solicitou componentes menores ou médios onde precisão e qualidade da superfície são críticos, Por exemplo, peças de acabamento da válvula, Impeladores da bomba, Pequenos acessórios.

  

• Fluxo de processo: Padrão de cera → Construção de concha de cerâmica → deswaxing → derramamento de metal → Remoção de casca.
• Recursos:

• • Faixa de peso: 50 G - 50 kg.
  • Tolerância dimensional: CT 5–7 (ISO 8062).
  • Acabamento superficial: RA 3.2-6,3 μm.

• Vantagens: Reduz a usinagem, alcança a forma próxima da rede, Excelente reprodução de detalhes.
• Limitações: Custo mais alto vs fundição de areia, Limitado a peças médias/pequenas.

Fundição de moldes de casca

• Uso: De tamanho médio, Casting WCB moderadamente complexo. Frequentemente usado para Altas de equipamento, carcaças da bomba, e garotos de válvula.
• Processo: Areia fina revestida com resina termoestiva é descartada em um padrão de metal aquecido → formas finas, molde de casca forte → múltiplas camadas criam metades de molde → apertado para derramar.
• Recursos:

• • Tolerância dimensional: CT 6–8.
  • Acabamento superficial: RA 6,3-12,5 μm.

• Vantagens: Maior precisão do que elenco de areia, menos usinagem, boa repetibilidade.
• Limitações: Maior custo de ferramentas; Não é econômico para peças fundidas muito grandes.

Elenco centrífugo

• Uso: Componentes WCB cilíndricos ou em forma de anel, como Seções de tubo, mangas, e anéis de assento da válvula.
• Processo: Aço fundido derramado em um molde rotativo, A força centrífuga aciona o metal para a parede do molde, produzindo denso, Estrutura sem defeitos.
• Recursos:

• • Espessura da parede Uniformidade: excelente.
  • Controle de defeitos: porosidade mínima ou encolhimento.

• Vantagens: Alta integridade metalúrgica, Estrutura de grão fino, Excelente para componentes de retenção de pressão.
• Limitações: Restrito a geometrias cilíndricas.

Resumo comparativo dos processos de elenco

6. Tratamento térmico & Processamento térmico do aço carbono WCB A216

O tratamento térmico desempenha um papel crucial no controle do propriedades mecânicas, resistência, e estabilidade dimensional de Castings WCB A216.

Objetivos de tratamento térmico

• Refinar a microestrutura → Balance Ferrite/Pearlite Ratio, dissolver segregações.
• Melhorar as propriedades mecânicas → Aumentar a resistência, melhorar a ductilidade, estabilizar a força.
• Aliviar tensões residuais → Reduzir o risco de rachaduras durante a usinagem ou serviço.
• Melhorar a soldabilidade → Tratamento térmico pós-solda (Pwht) Restaura a ductilidade em juntas soldadas.

Processos típicos de tratamento térmico

Normalização

• Processo: Aquecimento para 900–950 ° C., resfriamento de ar.
• Propósito:

• • Refina o tamanho do grão.
  • Produz uma microestrutura de pérola/ferrita uniforme.
  • Melhora a resistência e a usinabilidade.

• Aplicativo: Tratamento padrão para corpos da válvula, acessórios, e componentes de pressão.

Recozimento

• Processo: Aquecimento para 850–900 ° C., resfriamento lento do forno.
• Propósito:

• • Reduz a dureza e tensões residuais.
  • Aprimora a usinabilidade (Útil para peças fundidas complexas ou fortemente usinadas).

• Aplicativo: Menos comum do que normalizar; aplicado onde a ductilidade máxima é necessária.

Alívio do estresse

• Processo: Aquecimento para 580–620 ° C., Segurando por 1 a 2 horas, resfriamento lento no forno.
• Propósito:

• • Reduz as tensões residuais da fundição ou soldagem.
  • Evita a distorção durante a usinagem.

• Aplicativo: Peças fundidas de válvulas grandes e reparos soldados.

Tireização & Temering (Opcional)

• Processo:

• • Austenitando em 880–920 ° C., seguido de extinção de água/óleo.
  • Tempear em 600–700 ° C..

• Propósito:

• • Aumenta a força e a dureza.
  • Fornece melhor resistência ao desgaste para aplicações específicas (Embora menos comum para WCB em comparação com aços de liga).

Influência nas propriedades mecânicas

7. Usinagem, Soldagem & Fabricação

MACHINABILIDADE:

• O WCB é relativamente máquina em comparação com aços de baixa liga. Use ferramentas de carboneto em velocidades moderadas; Cortes interagidos pesados ​​se beneficiam de configurações rígidas.
  As velocidades de virada típicas dependem das ferramentas e da seção: Por exemplo, ~ 100–250 m/min com inserções de carboneto (varia de acordo com a seção transversal e o refrigerante).

Orientação de soldagem:

• Pré -aqueça/interagem: recomendado para evitar rachaduras de hidrogênio e controlar a taxa de resfriamento; pré -aquecimento típico 100-250 ° C, dependendo da espessura.
• Metais de enchimento: Use consumíveis de aço de baixa liga correspondente ou apropriados (Por exemplo, Série ER70 ou classe especificada por projeto).
• Tratamento térmico pós-solda (Pwht): usado quando exigido por código ou para reduzir o estresse residual (PWHT típico 550-650 ° C para aços de carbono fundidos; Siga o procedimento de solda e o código).
• Reparar soldagem: aceitável com procedimentos qualificados e subsequente NDT/inspeção.

8. Corrosão, Proteção de superfície & Revestimentos

Comportamento de corrosão:

• WCB é aço carbono básico - propenso a corrosão geral em ambientes úmidos, Pitting em águas estagnadas ricas em cloreto, e ataque galvânico quando acoplado a metais mais nobres.
  Ele tem um desempenho adequado na água, óleo, e serviços químicos não agressivos quando protegidos.

Estratégias de proteção:

• Revestimentos externos: epóxi, Epóxi ligado a fusão, poliuretano, ou tintas betuminosas para proteção atmosférica.
• Galvanizando: possível para alguns acessórios, mas limitado para peças de pressão com faces usinadas.
• Forros internos: borracha, Ptfe, Linencings de vidro ou epóxi para fluidos agressivos (Comum para válvulas em serviços corrosivos).
• Proteção catódica: viável em estruturas enterradas ou submersas, Mas considere quando existem metais acoplados.

9. Testes não destrutivos & Controle de qualidade

NDT comum para peças fundidas WCB:

• Inspeção visual (Vt): Verificação de primeira linha para defeitos de superfície.
• Teste radiográfico (Rt): Para detectar porosidade interna, encolhimento. Frequentemente necessário para as peças fundidas de retenção de pressão.
• Teste ultrassônico (Ut): eficaz para defeitos planos e avaliação volumétrica em seções grossas.
• Partícula magnética (Mt) & Penetrante líquido (Pt): descontinuidades de quebra superficial.
• Dureza & Testes de tração: De acordo com os planos de amostragem ASTM/ASME. Teste de impacto (Charpy) pode ser necessário para serviços especificados (Serviço particularmente de baixa temperatura).

10. Aplicações do aço carbono WCB A216

A216 GR WCB Aço carbono é um dos aços fundidos mais usados no equipamento de pressão e na indústria de controle de fluxo.

Indústria de válvulas

• Produtos: Válvulas de portão, válvulas globais, válvulas de bola, Verifique as válvulas, e corpos da válvula de borboleta.
• Condições de serviço:

• • Temperatura: -29° C a 427 ° C. (por ASTM/ASME).
  • Pressão: até Classe 150–2500 Dependendo da espessura da parede.

• Exemplo de caso: API 600 Válvulas de portão para serviço de refinaria frequentemente especifica A216 WCB para opções de aço carbono.

Acessórios de tubulação & Flanges

• Produtos: Cotovelos, tees, redutores, flanges cegos, solda flanges de pescoço.

Bombas & Compressores

• Produtos: Carcaças da bomba, Impellers (baixa sobreposição de liga às vezes necessária), Altas do compressor.
• Exemplo: Bombas de água de alimentação de caldeira em usinas de energia geralmente usam caixas WCB com revestimentos internos para resistência à erosão.

Vasos de pressão & Equipamento de processo

• Produtos: Vasos do reator, filtros de pressão, separadores, Tambores a vapor (componentes, Nem vasos inteiros).

Energia & Infraestrutura de petróleo/gás

• Válvulas de pipeline: Válvulas de bola API 6D, válvulas de porco.
• Serviço de refinaria: Válvulas de unidade de rachaduras catalíticas, Componentes do trem de destilação.
• Usinas de energia: Válvulas de isolamento a vapor, Altas da bomba, Castões de unidade de dessulfurização.
• Necessidade de desempenho: Resistência na startup Subzero (-29° c) e força sob cargas térmicas cíclicas.

Máquinas industriais & Engenharia Geral

• Aplicações: Altas de equipamentos pesados, invólucros de engrenagem, acoplamentos, suportes.

Limitações de serviço (Quando não usar o WCB)

• Mídia corrosiva: Não é adequado para cloreto agressivo, ácido, ou exposição à água do mar (Use CF8M em aço inoxidável).
• Altas temperaturas (>427° c): Requer aços fundidos de liga como ASTM A217 WC6, WC9 para resistência à fluência.
• Aplicações criogênicas (< -46° c): O WCB perde resistência; Graus de baixa temperatura (Por exemplo, LCB, LCC) são necessários.

11. Comparação com alternativas

12. Conclusão

A216 Aço carbono WCB de grau é a espinha dorsal dos sistemas industriais de contenção de pressão-sua relação custo-benefício, soldabilidade, e propriedades equilibradas o tornam insubstituível, Aplicações moderadas de temperatura.

De refinarias de petróleo a usinas, Permite seguro, Operação confiável de componentes que são muito grandes ou complexos para produzir através de processos forjados.

Perguntas frequentes

Q1: A216 WCB pode ser soldado?

UM: Sim - A216 WCB foi projetado para soldabilidade. Use eletrodos de baixo hidrogênio E7018 para seções grossas (>25 mm) Para evitar rachaduras frias; Nenhum pré -aquecimento é necessário para seções finas (<25 mm).

Alívio do estresse pós-soldado (595–650 ° C.) é recomendado para vasos de pressão soldados.

Q2: É A216 WCB adequado para serviço azedo (H₂s)?

UM: Não-A216 WCB é suscetível a rachaduras induzidas por hidrogênio (Hic) em ambientes H₂S.

Para serviço azedo (≥50 ppm H₂s), Use A350 LF2 (baixa liga) ou A217 WC9 (Aço de cromo-molibdênio) Compatível com Nace MR0175.

Q3: Qual é a temperatura máxima A216 WCB pode lidar?

UM: ASTM A216 Limita A216 WCB a 427 ° C. Acima desta temperatura, A deformação da fluência acelera (0.1% por 1000 Horário a 450 ° C.), Arrisquendo falha do vaso de pressão.

Para >427° C Serviço, Use A217 WC9 (593° C máx) ou 316L (870° C máx).

Q4: Quanto tempo dura o A216 WCB em serviço de água doce?

UM: Com um revestimento de epóxi, A216 WCB tem uma vida útil de 15 a 20 anos em água doce (taxa de corrosão 0,01-0,05 mm/ano). Não revestido, dura 5 a 8 anos (taxa de corrosão 0,1-0,3 mm/ano).

Q5: Qual é a diferença entre A216 WCB e A516 GR 70?

UM: A216 WCB é um elenco (Para formas complexas como corpos de válvula), enquanto A516 gr 70 é aço forjado (Para placas planas usadas em vasos de pressão soldados).

Ambos têm força de tração semelhante, Mas A516 gr 70 tem melhor tenacidade de baixa temperatura (-46° C vs.. -29° C para WCB).