1. Introdução
ASTM A216 WCB é um dos aços carbono fundidos mais usados na fabricação de equipamentos industriais, particularmente em componentes expostos a pressão e temperatura moderada a alta.
O padrão ASTM A216 governa as peças fundidas de aço carbono para válvulas, flanges, acessórios, e outras peças contendo pressão.
Entre as três séries do padrão - WCA, WCB, e WCC—WCB (Grau de Carbono Bregado B) se destaca devido ao seu excelente equilíbrio de força mecânica, soldabilidade, castabilidade, e custo-benefício.
2. Composição química do ASTM A216 WCB
ASTM A216 GRADE WCB é um aço carbono Material de fundição projetado para moderado- e serviço de alta temperatura.
Sua composição química equilibra força, ductilidade, castabilidade, e soldabilidade.
| Elemento | Limite padrão (%wt) | Conteúdo típico (%wt) | Função / Papel na liga |
| Carbono (C) | ≤ 0.30 | ~ 0,25 | Aumenta a força e a dureza; O carbono excessivo reduz a tenacidade e a soldabilidade. |
| Manganês (Mn) | 0.60 – 1.00 | ~ 0,80 | Aumenta a resistência à tração e a hardenabilidade; atua como um desoxidador e melhora as características de trabalho quentes. |
| Silício (E) | 0.25 – 0.60 | ~ 0,45 | Deoxidizador primário; aumenta a força e melhora a fluidez durante o elenco. |
| Fósforo (P) | ≤ 0.04 | ~ 0,020 | Impureza prejudicial; quantidades excessivas levam a fragilização e resistência reduzida. |
| Enxofre (S) | ≤ 0.04 | ~ 0,015 | Também uma impureza; pequenas quantidades podem melhorar a máquinabilidade, Mas níveis altos causam fragilidade e rachaduras quentes. |
| Cobre (Cu) (opcional) | ≤ 0.50 | ≤ 0.30 | Pode estar presente como residual; Melhora a resistência à corrosão, mas os níveis excessivos podem afetar a resistência. |
| Níquel (Em) (opcional) | Não é necessário | ≤ 0.30 | Às vezes adicionado para melhorar a tenacidade de baixa temperatura. |
| Molibdênio (Mo) (opcional) | ≤ 0.20 | ≤ 0.15 | Melhora a força de alta temperatura e a resistência à corrosão, Embora não seja comumente adicionado no WCB padrão. |
3. Propriedades mecânicas do ASTM A216 WCB
WCB de grau ASTM A216 é amplamente reconhecido por suas propriedades mecânicas equilibradas, o que o torna adequado para aplicações contendo pressão, como válvulas, flanges, acessórios, e componentes dos vasos de pressão.
Propriedades mecânicas -chave
| Propriedade | Valor típico | Condição de teste | Observações |
| Resistência à tracção | 485–655 MPA (70–95 ksi) | Temperatura ambiente (TR) | Mede a resistência às forças de puxar; adequado para integridade estrutural. |
| Força de rendimento | ≥ 250 MPa (36 ksi) | TR | Estresse mínimo necessário para causar deformação permanente. |
| Alongamento (em 50 milímetros) | ≥ 22% | TR | Indica a ductilidade e a capacidade de se deformar antes da fratura. |
| Redução da área | ≥ 30% | TR | Reflete o comportamento dúctil e a capacidade de resistir à fratura frágil. |
| Resistência ao Impacto | ~ 20–27 J a 20 ° C | Charpy V-Notch (teste opcional) | Garante resistência ao carregamento de choques e fraturas quebradiças em climas leves. |
| Dureza (Brinell) | 143–197 HB | Depois de normalizar | Indica resistência ao desgaste; A dureza excessiva pode reduzir a usinabilidade. |
| Módulo de Elasticidade | ~ 200 GPa (29 × 10³ KSI) | TR | Reflete rigidez; Útil para cálculos de engenharia de tensão-deformação. |
Estabilidade térmica e mecânica
A216 WCB mantém suas propriedades mecânicas razoavelmente bem a temperaturas elevadas até 425°C (800°F).
Além disso, Propriedades como resistência à tração e resistência começam a degradar, necessitando do uso de materiais de grau superior, como aços cromados ou aços inoxidáveis austeníticos.
4. Designação de material explicada
Compreender a designação do ASTM A216 WCB é essencial para os engenheiros, especificadores, e profissionais de compras ao selecionar materiais para componentes fundidos de retenção de pressão.
Cada parte da designação transmite informações específicas sobre o processo de fabricação, desempenho mecânico, e adequação de serviço.
O que é ASTM A216 GRADE WCB?
O termo WCB No ASTM A216 WCB é uma designação de nota definida pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM). Está quebrado da seguinte maneira:
- C - indica que o material é soldável aço carbono.
- C - indica que o material se destina ao uso em fundição (ao contrário de forjar).
- B - refere -se ao faixa de propriedade mecânica dentro do padrão ASTM A216. Especificamente, WCB tem resistência à tração média comparado a outros subgradações como WCA e WCC.
Resumindo, WCB = aço carbono de grau B de grau B soldável.
Classificação no ASTM A216
ASTM A216 inclui três graus principais de aço carbono para componentes fundidos usados em serviço de alta temperatura:
| Nota | Resistência à tracção (MPa) | Força de rendimento (MPa) | Aplicação típica |
| WCA | 415–585 | ≥ 205 | Peças de baixo estresse, objetivo geral |
| WCB | 485–655 | ≥ 250 | Grau padrão para válvulas e peças de pressão |
| WCC | 485–655 | ≥ 275 | Maior resistência; frequentemente usado em serviço grave |
- WCA: Menor força e custo-benefício, menos comumente usado.
- WCB: Mais popular devido ao seu equilíbrio de força, ductilidade, soldabilidade, e economia.
- WCC: Mais forte e um pouco mais dúctil; usado onde é necessária integridade mecânica adicional.
5. Fabricação e tratamento térmico da ASTM A216 WCB
ASTM A216 A produção WCB envolve práticas precisas de fundição, seguido de tratamento térmico controlado, usinagem, e controle de qualidade rigoroso.
Fundição do WCB
ASTM A216 WCB é fabricado principalmente através de elenco, um processo bem adequado para produzir geometrias complexas que são difíceis de alcançar via forjamento ou usinagem.
O processo começa com a preparação do mofo - usando areia ou metal - em que aço WCB derretido é derramado. Mediante solidificação, O elenco toma a forma da cavidade do molde.
Várias técnicas de fundição podem ser empregadas, incluindo fundição em areia, fundição de investimento, e moldagem por concha, dependendo da complexidade da parte, precisão necessária, e volume de produção.
Fundição em areia é o método mais comumente usado para WCB devido à sua relação custo-benefício e adequação para grandes componentes.
No entanto, oferece menos qualidade de precisão e acabamento superficial em comparação com métodos mais refinados, como fundição de investimento, que é preferido para peças complexas ou de alta tolerância.
Tratamento térmico da WCB
O tratamento térmico pós-castindo é obrigatório para ASTM A216 WCB para garantir propriedades mecânicas desejáveis, aliviar as tensões internas, e refinar a estrutura do grão.
Os tratamentos térmicos mais comuns incluem:
| Processo | Faixa de temperatura (°C) | Propósito |
| Normalizando | 890–950 | Refina o tamanho do grão, homogeneiza estrutura |
| Recozimento | 815–870 | Alivia o estresse residual, Melhora a usinabilidade |
| Temperamento | 540–650 (se necessário) | Aprimora a resistência após a normalização ou a têmpera |
| Alívio do estresse | 600–680 | Minimiza o estresse residual sem mudança de força significativa |
Observação: Os ciclos de tratamento térmico devem ser controlados e verificados com precisão por gráficos de forno ou dados de termopar por ASTM A961 requisitos.
Usinagem e acabamento da WCB
Após tratamento térmico, As peças fundidas da WCB passam usinagem de precisão Para alcançar dimensões finais e superfícies funcionais, como faces de vedação, tópicos, e orifícios do caule.
Operações de usinagem importantes:
- Virando, perfuração, tedioso, e tocando
- Moagem CNC para perfis complexos
- Moagem de superfície para rostos e assentos de flange
Devido ao seu conteúdo equilibrado de carbono (~ 0,25%), WCB é moderadamente máquinável. Ferramentas e fluidos de corte adequados aumentam o acabamento da superfície e a vida útil da ferramenta.
Controle de qualidade e inspeção de WCB
Os componentes WCB A216 sofrem abrangentes testes não destrutivos e destrutivos Para verificar a conformidade com códigos de design como asme, API, e ASTM.
Etapas comuns de inspeção e controle de qualidade:
| Teste | Propósito |
| Visual & Verificação dimensional | Identifique defeitos de fundição, Verifique as tolerâncias |
| Teste de pressão hidrostática | Confirmar a integridade da contenção de pressão |
| Teste Radiográfico (TR) | Detectar falhas internas e porosidade |
| Teste ultrassônico (EUA) | Avalie as descontinuidades do subsolo |
| Inspeção de Partículas Magnéticas (MPI) | Detecção de trincas da superfície (Apenas ferrosos) |
| Teste de dureza | Confirme a eficácia do tratamento térmico |
| Teste Mecânico | Tração, colheita, alongamento (por ASTM A370) |
| Análise química (Espectrometria) | Garanta a conformidade com a química ASTM A216 |
6. WCB em componentes de válvula e contenção de pressão
ASTM A216 GRADE WCB (Aço carbono forjado, Grau b) é um dos aços carbono fundidos mais usados para peças de retenção de pressão, especialmente no válvula e indústria de tubulação.
Sua robustez mecânica, resistência moderada à corrosão, E a excelente castabilidade torna o material de escolha para fabricar uma variedade de componentes industriais que operam sob condições de alta pressão e temperatura.
Por que o WCB é preferido em válvulas
O WCB é ideal para corpos de válvula e capotas devido ao seu:
- Excelente contenção de pressão: Adequado para serviço de alta pressão até a aula 2500 (por ASME B16.34).
- Boa soldabilidade e máquinabilidade: Garante a facilidade de fabricação e manutenção.
- Tolerância a altas temperaturas: Normalmente usado em temperaturas que variam de -29 ° C (-20 ° F.) até 425 ° C. (800°F).
- Índice econômico de custo-desempenho: Mais acessível que as opções de liga ou aço inoxidável, ainda confiável para serviço de uso geral.
Tipos de válvulas típicos usando A216 WCB
| Tipo de válvula | Função de aplicação | Por que o WCB é usado |
| Válvula de porta | Controle de fluxo ligado/desligado em pipelines | Alta resistência e rigidez; Adequado para aplicativos completos/de perto |
| Válvula globo | Regulação de fluxo e aceleração | Boa castabilidade para caminhos de fluxo complexos; confiável sob aceleração moderada |
| Válvula de retenção | Impede o refluxo em sistemas de tubulação | Suporta o impacto do fluxo reverso; mantém a integridade de vedação sob pressão |
| Válvula de esfera | Desligamento rápido e isolamento | Componentes esféricos fáceis de usinar; Oferece consolação de vedação e pressão apertadas |
| Válvula Borboleta | Controle de fluxo em grande diâmetro, Linhas de pressão baixa a médica | Leve, opção econômica quando fundido em tamanhos grandes |
| Válvula de tampão | Aplicações de desvio de fluxo e desativação | Castabilidade e usinabilidade permitem geometria de vedação confiável |
| Válvula de alívio de pressão (apenas corpo) | Protege os sistemas da sobrepressão, ventando o excesso de fluido | Durabilidade estrutural e contenção de pressão para corpos da válvula |
Desempenho da WCB sob pressão e temperatura
ASTM A216 WCB está em conformidade com ASME B16.34 e API 600 Padrões para classificações de pressão -temperatura e desempenho da válvula. As classificações de serviço típicas incluem:
- Classes de pressão: 150, 300, 600, 900, 1500, e 2500.
- Faixa de temperatura: -29 ° C a 425 ° C. (-20 ° F a 800 ° F.), com potenciais modificações para maior desempenho, se necessário.
- Estresse permitido: Com base na seção II da ASME, Parte d (por exemplo, ~ 20.000 psi à temperatura ambiente para projeto).
Componentes contendo pressão além das válvulas
Além das válvulas, A216 WCB também é comumente usado em:
- Componentes dos vasos de pressão (peças não codificadas, como manobras ou flanges)
- Altas e impulsionadores de bombas
- Invólucros de compressores
- Acessórios de pipeline e conexões flangeadas
Esses componentes exigem estabilidade estrutural sob pressão interna, flutuações de temperatura, e cargas mecânicas - condições em que o WCB executa de maneira confiável.
7. Soldabilidade e resistência à corrosão do ASTM A216 WCB
Soldabilidade
ASTM A216 WCB, sendo um aço carbono com conteúdo de liga relativamente baixo, exposições boa soldabilidade, tornando -o adequado para fabricação e reparos no campo.
No entanto, Para garantir a integridade ideal de solda e impedir a formação de rachaduras ou zonas duras, Certas precauções devem ser tomadas:
- Pré-aquecimento: Pré -aquecer o material (normalmente para 150-250 ° C ou 300-480 ° F) é recomendado, especialmente para seções mais grossas, Para reduzir o risco de rachaduras induzidas por hidrogênio.
- Tratamento térmico pós-soldagem (Pwht): Em algumas aplicações contendo pressão (Conforme especificado por códigos como ASME B31.3 ou API 598), O PWHT é realizado para aliviar o estresse residual e restaurar a ductilidade.
- Seleção de metal de enchimento: Materiais de enchimento compatíveis com aço carbono (por exemplo, E7018 para Smaw) são normalmente usados para corresponder às propriedades mecânicas e minimizar a incompatibilidade metalúrgica.
Geral, Comportamento previsível da WCB durante a soldagem, combinado com sua resistência estrutural, torna uma escolha confiável para peças de retenção de pressão soldadas, como válvulas e flanges.
Resistência à corrosão
Enquanto A216 WCB é valorizado por sua força e máquinabilidade, isso é A resistência à corrosão é relativamente limitada, especialmente em ambientes agressivos.
Isto é devido ao seu baixo teor de cromo e liga, o que torna vulnerável a:
- Corrosão geral em ambientes úmidos ou marinhos
- Corrosão de pitada e fenda em condições ricas em cloreto
- Oxidação a temperaturas elevadas sobre a exposição prolongada
Estratégias de mitigação de corrosão:
- Revestimentos e revestimentos internos: Revestimentos epóxi, forros de borracha, ou revestimentos de flocos de vidro podem ser aplicados internamente para válvulas e embarcações.
- Proteção catódica: Usado em sistemas subterrâneos ou submersos.
- Tratamentos de Superfície: A galvanização ou pintura pode melhorar a resistência à corrosão externamente.
- Sobreposições de liga ou revestimento: Em aplicações altamente corrosivas, As sobreposições de revestimento ou solda de aço inoxidável são usadas para fornecer uma superfície resistente à corrosão
mantendo a força e a relação custo-benefício do WCB como material base.
8. A216 WCB vs.. Materiais forjados e outros fundos
WCB de grau ASTM A216 é um dos aços carbono fundidos mais usados em aplicações de retificação de pressão, Mas não é a única opção disponível.
Tabela de comparação:
| Propriedade | A216 WCB(Aço carbono fundido) | A105(Aço de Carbono Forjado) | A352 LCB(Aço fundido de baixa temperatura) | A351 CF8(Elenco 304 SS) | A351 CF8M(Elenco 316 SS) |
| Método de fabricação | Fundição (Normalmente elenco de areia) | Forjamento | Fundição (elenco de areia) | Fundição | Fundição |
| Faixa de temperatura (°C) | -29 para +425 | -29 para +425 | -46 para +345 | -196 para +870 | -196 para +870 |
| Resistência à corrosão | Moderado | Moderado | Moderado | Bom | Excelente |
| Tenacidade de baixa temperatura | Justo | Bom | Excelente | Moderado | Moderado |
| Resistência à tracção (MPa) | ≥485 | ≥485 | ≥485 | ≥485 | ≥485 |
| Força de rendimento (MPa) | ≥250 | ≥250 | ≥250 | ≥205 | ≥205 |
| Soldabilidade | Bom | Excelente | Bom | Bom | Bom |
| Precisão Dimensional | Moderado | Alto | Moderado | Alto | Alto |
| Acabamento de superfície | Moderado | Excelente | Moderado | Excelente | Excelente |
| Custo | Baixo | Médio | Alto | Alto | Muito alto |
| Aplicativos comuns | Válvulas, flanges, corpos da bomba | Flanges forjados, Peças de válvula pequenas | Válvulas criogênicas, Serviços de GLP/GNL | Comida, farmacêutico, Químico limpo | Marinho, água salgada, produtos químicos |
| Padrões/especificações | ASTM A216 / ASME SA216 | ASTM A105 / ASME SA105 | ASTM A352 / ASME SA352 | ASTM A351 / SA351 | ASTM A351 / SA351 |
Notas:
- WCB: Um material de aço carbono fundido adequado para aplicações gerais de pressão e temperatura. Oferece excelente equilíbrio de custo-desempenho.
- A105: Um material de aço carbono forjado com resistência mecânica superior e precisão dimensional, ideal para pequenos componentes de alta resistência.
- LCB: Projetado para ambientes de baixa temperatura, como instalações de GNL, com excelente resistência ao impacto em temperaturas abaixo de zero.
- CF8 / CF8M: Fundir aços inoxidáveis equivalentes a 304 e 316 respectivamente, usado em aplicações que requerem alta resistência à corrosão.
9. Aplicações do ASTM A216 WCB
ASTM A216 WCB é um versátil grau de aço carbono fundido amplamente utilizado em vários setores devido às suas propriedades mecânicas equilibradas, boa soldabilidade, e custo-benefício.
Suas aplicações principais se concentram em componentes contendo pressão, especialmente em sistemas de fabricação e tubulação de válvulas.
Indústria de Petróleo e Gás
- Válvulas e acessórios: A216 WCB é amplamente utilizado para o portão, globo, verificar, e corpos da válvula de esfera em a montante, Midstream, e setores a jusante.
Sua capacidade de suportar alta pressão e temperaturas moderadas o tornam ideal para controlar o fluxo de petróleo bruto, gás natural, e produtos refinados. - Vasos de pressão e flanges: Peças peças feitas de WCB servem em vasos de pressão e flanges de tubulação, onde a resistência mecânica e a integridade da pressão são críticas.
- Invólucros de bomba e coletores: Devido à sua resistência e usinabilidade, É frequentemente escolhido para caixas de bombas e coletores em sistemas de tubulação complexos.
Geração de energia
- Válvulas e componentes a vapor: As válvulas WCB são comuns em usinas a vapor, lidar com linhas de vapor de pressão moderada a alta.
A estabilidade térmica do material suporta ciclismo térmico repetido. - Sistemas de alimentação e refrigeração: Componentes como corpos de válvula, carcaças da bomba, e flanges fabricados a partir de WCB são usados em circuitos de água de resfriamento e sistemas de água de alimentação.
Processamento Petroquímico e Químico
- Válvulas de processo: As válvulas WCB A216 são adequadas para muitos fluidos de processo, especialmente onde a corrosão não é extrema.
Sua força e soldabilidade permitem a fabricação de componentes personalizados. - Caixas de trocador de calor: Componentes de trocador de calor de aço fundido fabricado de WCB fornecem durabilidade e contenção de pressão.
Tratamento de Água e Efluentes
- Válvulas de pipeline: Portão, globo, e as válvulas de verificação feitas de WCB são comuns em trabalhos hidráulicos e estocas de tratamento de águas residuais municipais, Onde o desligamento confiável e o controle de fluxo são essenciais.
- Componentes de bomba e válvula: O custo-efetividade do WCB faz dele uma escolha preferida para válvulas grandes e peças de bomba em aplicações de tratamento de água.
Usos estruturais e mecânicos
- Peças fundidas de equipamentos pesados: Além das válvulas e tubulações, A216 WCB é usado para peças fundidas em máquinas pesadas que requerem resistência à resistência e fadiga.
- Componentes marinhos: Certos ambientes não corrosivos em aplicações marítimas também usam WCB para peças fundidas estruturais.
9. Vantagens e limitações do ASTM A216 WCB
Vantagens do ASTM A216 WCB
Alta temperatura e resistência à pressão:
A216 WCB é projetado para executar de maneira confiável sob temperaturas e pressões elevadas,
tornando -o ideal para aplicações industriais críticas, como válvulas e vasos de pressão, onde as tensões térmicas e mecânicas são comuns.
Excelentes propriedades mecânicas:
Oferece uma combinação de força bem equilibrada, ductilidade, e resistência, permitindo componentes para suportar cargas, resistir à deformação, e absorver energia efetivamente.
Essas propriedades permanecem estáveis em uma ampla faixa de temperatura, garantindo desempenho confiável.
Custo-benefício:
Comparado a materiais de alta liga ou especial, A216 WCB é relativamente econômico.
Sua ampla disponibilidade e os processos diretos de fundição e usinagem contribuem para sua acessibilidade sem comprometer o desempenho essencial.
Boa usinabilidade e fabricação:
As máquinas de materiais bem usando equipamentos padrão e podem ser soldados com técnicas adequadas, Facilitar a fabricação de corpos válvulas complexos e peças contendo pressão de seções fundidas.
Ampla disponibilidade:
Produzido globalmente por muitas fundições e fornecedores, A216 WCB garante suprimento constante e tempo de entrega reduzido para várias indústrias.
Limitações do ASTM A216 WCB
Suscetibilidade à corrosão:
Como um aço carbono, A216 WCB é vulnerável à corrosão em úmido, rico em oxigênio, ou ambientes quimicamente agressivos.
Isso requer revestimentos de proteção, revestimentos, ou proteção catódica, o que pode aumentar os custos e a complexidade do sistema.
Redução reduzida de tenacidade de baixa temperatura:
A resistência ao impacto do material diminui em baixas temperaturas, aumentando o risco de fratura frágil.
Para aplicações criogênicas ou de serviço frio, materiais alternativos (Como A352 LCB) ou tratamentos térmicos adicionais são frequentemente necessários.
Desafios de soldagem:
A soldagem A216 WCB exige cautela devido ao risco de endurecer e rachaduras na zona afetada pelo calor (HAZ).
Pré-aquecimento, Tratamento térmico pós-solda (Pwht), e seleção cuidadosa de metais de enchimento e parâmetros de soldagem são necessários, Adicionando complexidade e despesa para fabricação e reparos.
11. Padrões e especificações relevantes
| Padrão/espec | Relevância |
| ASTM A216 / ASME SA216 | Governa as propriedades químicas e mecânicas da WCB |
| ASME B16.34 | Classificações de temperatura de pressão para válvulas |
| API 600 / API 598 | Construção e teste de válvulas |
| ASME B31.1 / B31.3 | Códigos de design da tubulação de pressão |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | WCB geralmente não recomendado para serviço azedo, a menos que a dureza seja controlada |
12. Conclusão
ASTM A216 WCB é um material fundamental para peças fundidas industriais, especialmente em válvulas e componentes de pressão.
Oferece a Balanço robusto de desempenho mecânico, fabricante, e acessibilidade.
Embora limitado em resistência à corrosão e serviço de baixa temperatura, WCB permanece incomparável em muitas aplicações gerais.
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Perguntas frequentes
O que é ASTM A216 GRADE WCB?
ASTM A216 GRADE WCB é uma especificação de aço carbono fundido comumente usado para corpos da válvula, acessórios, e peças contendo pressão projetadas para serviço moderado a alta temperatura e pressão.
O que significa WCB em grau de aço?
WCB significa “grau B de carbono forjado,Indicando um grau de fundição de aço carbono específico sob ASTM A216 com composição química definida e propriedades mecânicas.
É A216 WCB morto aço carbono?
Sim, A216 WCB é tipicamente um aço carbono morto, o que significa que é totalmente desoxidado durante a criação de aço para evitar a porosidade do gás e melhorar a solidez.
O que é material equivalente A216?
Os materiais equivalentes incluem ASTM A352 LCB para aplicações de baixa temperatura e ASTM A105 para aço carbono forjado, Embora o A105 tenha características mecânicas diferentes e seja forjado em vez de lançar.
É A216 WCB forjado ou fundido?
A216 WCB é um aço carbono fundido, Produzido por processos de fundição, como fundição de areia ou elenco de investimento.
O que é WCB Metal?
WCB Metal refere -se à liga de aço carbono designado como WCB sob ASTM A216, amplamente utilizado para fabricar componentes de aço fundido em aplicações de pressão e válvula.
