Flanges de aço carbono: tipos, usos e guia de materiais

Um flange é um componente mecânico plano em forma de disco com furos para parafusos ao redor de sua circunferência. Ele é soldado, rosqueado ou colocado na extremidade de um tubo, válvula, bomba ou bocal de equipamento e, em seguida, aparafusado face a face com um flange correspondente - normalmente com uma junta assentada entre eles - para formar uma junta selada e resistente à pressão.

Os flanges desempenham quatro funções principais em qualquer sistema de tubulação:

• Unindo seções de tubo sem soldagem permanente, permitindo desmontagem para inspeção ou substituição
• Conectando tubos a válvulas, bombas e instrumentos em pontos de transição
• Vedação contra vazamentos sob alta pressão e temperatura através da compressão da junta aparafusada
• Fornecendo pontos de acesso para manutenção, limpeza ou modificação de tubulações

Os tipos de flange mais comuns por geometria são: Pescoço Soldado (WN), Deslizante (SO), Solda de Soquete (SW), Cego, Junta Sobreposta e Rosqueado. Cada tipo é projetado para classificações de pressão específicas, tamanhos de tubos e requisitos de instalação definidos por padrões como ASME B16.5, ASME B16.47 e EN 1092-1.

Flanges de aço carbono are specified wherever a piping system requires high mechanical strength without the premium cost of corrosion-resistant alloys. Their operating range typically covers temperatures from -29 degrees C to 425 degrees C and pressure classes from 150 to 2500 LB under ASME B16.5.

Só no petróleo e no gás, o aço carbono é responsável por mais de 70% de todos os flanges usados em sistemas de dutos terrestres , de acordo com pesquisas de compras do setor. A combinação de ASTM A105 (forjado) e ASTM A234 WPB (grau de acessórios) continua sendo a designação de material de aço carbono mais amplamente especificada em todo o mundo.

O teor de carbono — expresso como porcentagem em peso — é a variável que define o desempenho do aço carbono. Os flanges não são feitos de um único tipo; o nível correto de carbono depende das demandas mecânicas e do método de fabricação necessário.

ASTM A105, o material de flange de aço carbono forjado dominante, se enquadra na faixa de carbono médio com teor máximo de carbono de 0,35% e resistência à tração mínima de 485 MPa. Este equilíbrio entre resistência e soldabilidade é precisamente o motivo pelo qual ele domina a aquisição de flanges de classe de pressão da Classe 150 até a Classe 2500.

Classes de baixo carbono, como ASTM A516 Gr.70, são preferidas onde a soldagem é frequente e o tratamento térmico pós-soldagem deve ser minimizado – comum em conexões de flange de vasos de pressão e tanques de armazenamento. O aço de alto carbono está praticamente ausente das especificações de flange padrão devido à sua fragilidade sob carga de impacto e à sua alta suscetibilidade a trincas na zona afetada pelo calor durante a soldagem.

Os flanges de liga de aço incorporam elementos de liga adicionais – cromo, molibdênio, vanádio, níquel – além da composição básica de ferro-carbono. Estas adições não são cosméticas; eles abrem limites de desempenho que o aço carbono não consegue alcançar.

A regra prática em compras de engenharia: utilizar flanges em aço carbono até 425°C e Classe 2500; especifique aço-liga somente quando a temperatura ou a química do processo assim o exigirem. A substituição do aço-liga onde o aço carbono é suficiente adiciona custos sem benefícios de engenharia e complica o processo de qualificação do procedimento de soldagem.

Esta é a comparação que engenheiros e equipes de compras debatem com mais frequência. Os flanges de aço inoxidável têm um preço superior de 3 a 5 vezes em relação aos flanges de aço carbono equivalentes — um fator de custo substancial em grandes projetos. Entender onde esse prêmio é justificado evita especificações excessivas e falhas dispendiosas.

Escolha flanges de aço carbono quando o fluido do processo é não corrosivo (hidrocarbonetos, gás seco, vapor, água neutra), o ambiente é controlado ou revestido e a otimização de custos é uma prioridade do projeto. Escolha flanges de aço inoxidável quando o processo envolve ácidos, cloretos, água do mar, fluidos de qualidade alimentar ou farmacêuticos, ou quando a corrosão atmosférica externa é inevitável e o acesso para manutenção é limitado.

Um erro comum de engenharia é especificar aço inoxidável para tubulações externas voltadas para o mar, onde o fluido em si não é corrosivo – o isolamento externo com barreira de vapor e flanges de aço carbono atinge uma vida útil equivalente por uma fração do custo.

Ao especificar flanges de aço carbono , a designação do material em um pedido não é intercambiável com uma descrição geral. Cada classe ASTM possui uma janela específica de composição química, requisito mínimo de propriedade mecânica e método de tratamento térmico permitido.

• ASTM A105 — Aço carbono forjado para serviço em temperatura ambiente até 425°C. A classe mais comum para flanges de pescoço de solda, deslizantes, cegos e de encaixe. Rendimento mínimo 250 MPa, tração mínima 485 MPa.
• ASTM A350LF2 — Aço carbono de baixa temperatura, testado contra impacto até -46 graus C. Necessário para aplicações de serviços criogênicos e árticos.
• ASTM A694 F65/F70 — Aço carbono de alto rendimento para flanges de tubulações. Usado em tubulações de transmissão de alta pressão onde a redução da espessura da parede é crítica.
• ASTM A181 Cl.70 — Aço carbono forjado de uso geral para serviço em baixa pressão e temperatura moderada. Menos comumente especificado que A105 em projetos modernos.
• EN 1092-1 P250GH — Equivalente europeu para flanges de aço carbono para vasos de pressão, comum em projetos de plantas de processo europeias.