ASTM A182 F91 Tipo 1 – UNS K90901
Aço 9Cr-1Mo-V-Nb ("P91") modificado para fluência
Aço martensítico 9Cr-1Mo modificado com V, Nb e N, forjado conforme ASTM A182. Os carbonitretos finos dão resistência à fluência muito superior ao F22 e F9, permitindo paredes mais finas em vapor supercrítico. Exige controle rigoroso de tratamento térmico e de soldagem.
Designações e equivalências
| Sistema | Designação |
|---|---|
| UNS | K90901 |
| W.Nr./EN | X10CrMoVNb9-1 – 1.4903 (EN 10222-2) |
| DIN | X10CrMoVNb9-1 |
| JIS | SFVAF28 (JIS G3203) |
| Comercial | Grade 91, P91, T91, mod 9Cr-1Mo |
| Outras | Tubo A335 P91; chapa A387 Gr 91; conexões A234 WP91; fundido A217 C12A |
Normas por forma de produto
| Forma | Norma |
|---|---|
| Forjado (flanges, conexões, válvulas) | ASTM A182/A182M F91 Tipo 1 / Tipo 2; ASME SA-182 |
| Forjado maior | ASTM A336 F91 |
| Tubo | ASTM A335 P91 / A213 T91 |
| Chapa | ASTM A387 Gr 91 |
| Conexões soldáveis | ASTM A234 WP91 |
| Fundido | ASTM A217 C12A |
Composição química (%)
ASTM A182/A182M – F91 Tipo 1
| Elemento | Faixa (%) |
|---|---|
| C | 0,08 – 0,12 |
| Mn | 0,30 – 0,60 |
| P | ≤ 0,020 |
| S | ≤ 0,010 |
| Si | 0,20 – 0,50 |
| Ni | ≤ 0,40 |
| Cr | 8,0 – 9,5 |
| Mo | 0,85 – 1,05 |
| V | 0,18 – 0,25 |
| Nb | 0,06 – 0,10 |
| N | 0,030 – 0,070 |
| Al | ≤ 0,02 |
| Ti / Zr | ≤ 0,01 cada |
Propriedades mecânicas
Normalizado + revenido – ASTM A182 F91 (Tipos 1 e 2)
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Limite de escoamento (0,2%) | ≥ 415 MPa |
| Resistência à tração | ≥ 585 MPa |
| Alongamento | ≥ 20% |
| Redução de área | ≥ 40% |
| Dureza | 190 – 248 HBW |
Propriedades físicas típicas
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade | 7,77 g/cm³ |
| Módulo de elasticidade | ≈ 218 GPa |
| Condutividade térmica (20 °C) | ≈ 26 W/m·K |
| Expansão térmica (20–100 °C) | ≈ 10,9 µm/m·K |
Tratamento térmico, soldagem e usinagem
| Item | Prática usual |
|---|---|
| Temperatura de serviço | Até ≈ 600–625 °C em serviço de fluência (ASME admite até 649 °C). |
| Tratamento térmico | Normalização 1.040–1.080 °C + revenido 730–800 °C (Tipo 1). Fora da janela ou com resfriamento inadequado forma ferrita/martensita não revenida e perde resistência à fluência. |
| Soldagem | Pré-aquecimento 200–250 °C, interpasse ≤ 300–350 °C, resfriar abaixo de ≈ 100 °C antes do TTPS; consumível AWS E9015-B91 / E9018-B91 (A5.5), ER90S-B91 (A5.28), E91T1-B91; TTPS obrigatório 745–775 °C. Controlar Ni+Mn do metal de solda (< 1,2%). |
| Usinagem | Razoável; mais dura que F22, ferramentas de metal duro. |
Metal de adição para soldar
A composição do arame normalmente não é idêntica à do material: cada página explica o motivo.
Aplicações típicas
- Linhas de vapor principal e reaquecido de termelétricas supercríticas
- Coletores (headers) e conexões de caldeiras e HRSG
- Válvulas de alta pressão e temperatura
- Fornos e trocadores de refinaria de alta temperatura
- Bocais e componentes de vasos para fluência
Alternativas: F22 para temperatura/pressão menores e soldagem mais simples; F92 (com W) para fluência ainda maior; F9 quando o foco é sulfetação, não fluência; inox 347H acima de ≈ 625 °C.
ASTM A182 F91 Tipo 1: guia completo
O que é o aço ASTM A182 F91
O F91 é a versão forjada do Grau 91, a mesma liga dos tubos P91 e T91. Pertence à família dos aços liga Cr-Mo para alta temperatura, ao lado do F11, do F22, do F5 e do F9. Diferentemente dos aços inoxidáveis, o F91 não é escolhido pela resistência à corrosão aquosa, e sim pela resistência à fluência, isto é, pela capacidade de suportar tensão por dezenas de milhares de horas entre 500 e 650 °C sem deformar de forma excessiva.
Composição química e papel dos elementos
Os 9% de cromo e 1% de molibdênio dão resistência à oxidação pelo vapor e endurecimento por solução sólida. O que diferencia o F91 do F9 são as adições controladas de vanádio (0,18 – 0,25%), nióbio (0,06 – 0,10%) e nitrogênio (0,030 – 0,070%): esses elementos formam carbonitretos finos e estáveis que ancoram a microestrutura durante o serviço e elevam a resistência à fluência em relação ao 9Cr-1Mo convencional. O alumínio é limitado a 0,02% para não consumir o nitrogênio.
Tratamento térmico
O ciclo normativo é normalização a 1.040 – 1.080 °C seguida de revenimento a 730 – 800 °C. A Dustre realiza esse ciclo em fornos próprios, com registro de temperatura, dentro do serviço de tratamentos térmicos. Peças que sofrem forjamento ou deformação a frio significativa precisam passar novamente pelo ciclo completo.
Soldagem
A soldagem do F91 é crítica e exige procedimento qualificado: consumíveis da mesma classe (9Cr-1Mo-V), pré-aquecimento de 200 – 250 °C, controle de interpasse e tratamento térmico pós-soldagem a 730 – 775 °C. Sem o TTPS a zona afetada pelo calor permanece martensítica, dura e frágil, e a junta perde a resistência à fluência. Esse é o principal ponto de atenção na compra e na fabricação com este material.
Aplicações
Flanges, conexões forjadas, válvulas, coletores (headers), tampos e peças de tubulação de vapor em caldeiras e turbinas; equipamentos de refinaria e petroquímica que operam acima de 500 °C; componentes de fornos e reatores. Em temperaturas abaixo de 450 °C o F91 costuma ser substituído com vantagem econômica pelo F22 ou pelo F11.
Formas de fornecimento e serviços da Dustre
Barras redondas e blocos forjados em matriz aberta, cortados em serra fita na medida, com usinagem de desbaste ou acabamento e ensaios de dureza, tração e impacto. Todo o material é fornecido com certificado de inspeção 3.1 e rastreabilidade de corrida.
Perguntas frequentes
Qual a composição química do ASTM A182 F91 Tipo 1?
Pela ASTM A182/A182M – F91 Tipo 1: C 0,08 – 0,12; Mn 0,30 – 0,60; P ≤ 0,020; S ≤ 0,010; Si 0,20 – 0,50; Ni ≤ 0,40.
Quais normas cobrem o ASTM A182 F91 Tipo 1?
Forjado (flanges, conexões, válvulas): ASTM A182/A182M F91 Tipo 1 / Tipo 2; ASME SA-182. Forjado maior: ASTM A336 F91. Tubo: ASTM A335 P91 / A213 T91. Chapa: ASTM A387 Gr 91. Conexões soldáveis: ASTM A234 WP91. Fundido: ASTM A217 C12A.
Até que temperatura o ASTM A182 F91 Tipo 1 pode ser usado?
Até ≈ 600–625 °C em serviço de fluência (ASME admite até 649 °C).
Quais materiais substituem o ASTM A182 F91 Tipo 1?
F22 para temperatura/pressão menores e soldagem mais simples; F92 (com W) para fluência ainda maior; F9 quando o foco é sulfetação, não fluência; inox 347H acima de ≈ 625 °C.