Uma Análise Abrangente da Classificação de Tubos Sem Costura de Aço Carbono: Dos Padrões Nacionais aos Cenários de Aplicação

Introdução: Por que a classificação dos tubos de aço carbono sem costura é crucial?

Os tubos de aço carbono sem costura, que atuam como os "vasos sanguíneos" da indústria, desempenham papéis fundamentais no transporte de fluidos, na transmissão de pressão e no suporte estrutural em setores como petróleo, química, energia e fabricação de máquinas. Diferentes condições operacionais impõem requisitos de desempenho amplamente distintos aos materiais dos tubos — desde o transporte de fluidos comuns à temperatura e pressão normais até tubulações de vapor sob altas temperatura e pressão, passando por estruturas gerais de edifícios até equipamentos centrais em usinas nucleares. A seleção correta da classe dos tubos de aço carbono sem costura não só afeta a qualidade e a segurança do projeto, mas também impacta diretamente a viabilidade econômica do investimento no projeto.

Este artigo descreverá sistematicamente o sistema de classificação de tubos sem costura de aço carbono, abrangendo desde as normas de implementação, as classes de material e os processos de fabricação até os requisitos de inspeção, ajudando-o a encontrar o caminho mais científico para a tomada de decisões no labirinto complexo da seleção de materiais.

I. Dimensões principais de classificação dos tubos sem costura de aço carbono
A classificação dos tubos sem costura de aço carbono reflete-se principalmente em quatro dimensões: classe da norma aplicável, classe do material, classe da qualidade de fabricação e classe das condições operacionais.

1.1 Classificação conforme as normas aplicáveis
A produção e a aplicação de tubos sem costura de aço carbono no meu país seguem principalmente as seguintes normas nacionais fundamentais, que por si só constituem uma importante classificação:

Código da Norma | Nome da Norma | Aplicação Principal

GB/T 8163 – Tubos de Aço Sem Costura para Transporte de Fluidos | Transporte geral de fluidos, como petróleo, petróleo e gás, água, ar, etc.

GB 3087 Tubos de aço sem costura para caldeiras de baixa e média pressão | Vapor superaquecido, água em ebulição, etc. em caldeiras de baixa e média pressão

GB 6479 Tubos de aço sem costura de alta pressão para equipamentos de fertilizantes | Equipamentos e tubulações de alta pressão para fertilizantes, incluindo condições de baixa temperatura

GB 9948 Tubos de aço sem costura para craqueamento petrolífero | Unidades de craqueamento petrolífero, onde o padrão 8163 não é adequado

GB/T 5310 Tubos de aço sem costura para caldeiras de alta pressão | Tubulações de vapor superaquecido para caldeiras de alta pressão

GB/T 8162 Tubos de aço sem costura para uso estrutural | Estruturas gerais e mecânicas, como componentes para construção civil e maquinaria

GB/T 9711 Tubos de aço para transporte na indústria de petróleo e gás | Oleodutos e gasodutos de longa distância

Vale ressaltar que campos especiais, como usinas nucleares, possuem normas específicas de classificação. Por exemplo, a norma GB/T 24512.1 especifica os requisitos de classificação para tubos de aço carbono sem costura utilizados em usinas nucleares, aplicáveis aos equipamentos das classes 1, 2 e 3.

1.2 Classificação por Grau de Material

Os graus de material mais comuns para tubos de aço carbono sem costura incluem:

Série de aço de baixo teor de carbono: aço n.º 10 e aço n.º 20 – utilizados principalmente em tubulações para transporte de fluidos

Série de aço de médio teor de carbono: aço n.º 35 e aço n.º 45 – utilizados principalmente em peças destinadas à fabricação mecânica

Série de aços de baixa liga: Q345 (16Mn) e 09MnV – utilizados em aplicações que exigem maior resistência.

II. Análise aprofundada dos graus normativos principais

2.1 Tubos de aço sem costura para transporte de fluidos (GB/T 8163)

Esta é a norma mais básica para tubos de aço carbono sem costura, aplicável a condições de petróleo, gás natural e outros meios utilitários, com temperaturas de projeto inferiores a 350 °C e pressões inferiores a 10,0 MPa.

Graus de Material: 10, 20, Q345, etc.

Requisitos de inspeção: análise da composição química, ensaio de tração, ensaio de achatamento e ensaio hidrostático são obrigatórios. Os ensaios de alargamento (flaring) e de dobra a frio podem ser exigidos conforme acordado.

Processo de fabricação: fundido principalmente em fornos de cubilô ou conversores, resultando em impurezas e defeitos internos relativamente mais elevados.

Cenários de aplicação: tubulações industriais gerais, sistemas de tratamento de água e transporte de fluidos de baixa pressão.

2.2 Tubos de aço sem costura para caldeiras de baixa e média pressão (GB 3087): norma especificamente concebida para sistemas de caldeiras, aplicável a tubulações de vapor superaquecido e água em ebulição em caldeiras de baixa e média pressão.

Classes de material: 10, 20

Requisitos de inspeção: além dos ensaios gerais, é exigido um ensaio de dobra a frio.

Processo de fabricação: semelhante ao do padrão 8163, fundido em fornos de cubilô ou conversores, com requisitos ligeiramente mais rigorosos de controle de qualidade.

Cenários de aplicação: Tubulações públicas de vapor em caldeiras, usinas termelétricas, sistemas de aquecimento e instalações petroquímicas.

2.3 Tubos de aço sem costura para craqueamento petrolífero (GB 9948): Projetados especificamente para unidades de refino de petróleo, adequados para aplicações nas quais os tubos de aço GB/T 8163 não são apropriados.

Classes de material: 10, 20; Série de aços cromo-molibdênio inclui 12CrMo, 15CrMo, etc.

Requisitos de inspeção: Além dos ensaios básicos, são exigidos ensaios de alargamento (flaring) e de impacto; os requisitos de inspeção são rigorosos.

Processo de fabricação: Emprega principalmente a fusão em forno elétrico com refino em panela, resultando em um número relativamente menor de defeitos composicionais e internos.

Cenários de aplicação: Meios de óleo e óleo-gás com temperaturas de projeto superiores a 350 ℃ ou pressões superiores a 10,0 MPa; tubulações operando em ambientes próximos ao hidrogênio; ambientes propensos à corrosão sob tensão.

2.4 Tubos de aço sem costura para equipamentos de fertilizantes de alta pressão (GB 6479) – Adequados para equipamentos de fertilizantes e tubulações de alta pressão, abrangendo condições operacionais severas de -40 °C a 400 °C e 10,0 a 32,0 MPa.

Classes de material: 10, 20G, 16Mn, etc.

Requisitos de inspeção: Ensaios de alargamento e de impacto estritamente obrigatórios, com exigências específicas quanto à tenacidade ao impacto em baixas temperaturas.

Processo de fabricação: A própria norma especifica os requisitos de refino em panela, minimizando impurezas e defeitos internos, resultando na mais alta qualidade.

Cenários de aplicação: Ambientes de baixa temperatura (abaixo de -20 °C); meios químicos de alta pressão; situações com requisitos extremamente elevados de segurança.

2.5 Tubos de aço sem costura para caldeiras de alta pressão (GB/T 5310) – Norma específica para sistemas de caldeiras de alta pressão, aplicável a meios de vapor superaquecido em caldeiras de alta pressão.

Classes de material: 20G; séries de aços cromo-molibdênio, incluindo 15MoG, 20MoG, 12CrMoG, 15CrMoG, etc.

Requisitos de inspeção: Equivalente à norma 6479, aderindo estritamente aos ensaios de alargamento e de impacto.

Processo de fabricação: Refino em cadinho, com qualidade extremamente elevada do material.

Referência internacional: O aço 20G conforme GB/T 5310 corresponde ao ASME SA-106 Grau B, podendo ser utilizados de forma intercambiável em projetos internacionais.

2.6 Tubos de aço sem costura para uso estrutural (GB/T 8162): Diferentemente das aplicações de transporte de fluidos mencionadas acima, este tipo de produto é empregado em estruturas gerais e estruturas mecânicas.

Classes de materiais: 10, 20, 35, 45, Q345, 20Cr, 40Cr, 15CrMo, etc.

Precisão dimensional: Classificada em quatro níveis D1 a D4, conforme o desvio do diâmetro externo, com a maior precisão atingindo ±0,50% (mínimo ±0,10 mm).

Cenários de aplicação: Pontes, edifícios, peças mecânicas, componentes automotivos sujeitos a cargas, suportes hidráulicos, etc.

III. Classificação e lógica de seleção dos níveis de qualidade na fabricação

3.1 Classificação dos níveis de qualidade, do mais baixo ao mais alto

Com base nos processos de fundição, nos requisitos de inspeção e no desempenho prático de aplicação, os níveis de qualidade de fabricação das normas acima para tubos de aço são classificados da seguinte forma:

GB/T 8163 < GB 3087 < GB 9948 < GB/T 5310 < GB 6479

A classificação progride de baixa para alta. Vale observar que a norma GB 6479, devido aos seus requisitos especiais de tenacidade ao impacto em baixas temperaturas e às regulamentações mais rigorosas de refino em cadinho, ocupa o nível mais elevado na escala de qualidade.

3.2 Lógica Central de Seleção

Na seleção real em projetos de engenharia, devem ser seguidos os seguintes princípios decisórios:

**Princípio de Correspondência com as Condições Operacionais:** utilizar a norma 8163 para condições operacionais gerais e as normas 9948 ou 6479 para altas temperaturas e altas pressões.

**Princípio de Prioridade de Temperatura:** para temperaturas de projeto superiores a 350 °C ou inferiores a −20 °C, selecionar diretamente o nível de qualidade mais elevado.

**Princípio de Especificidade do Meio:** para operações com exposição ao hidrogênio e em ambientes suscetíveis à corrosão sob tensão, selecionar as normas 9948 ou 6479.

**Princípio de Conformidade Regulamentar:** As tubulações de vapor dentro do escopo de monitoramento da caldeira devem utilizar aços 3087 ou 5310.

**Princípio Econômico:** Tubos de aço de maior qualidade são mais caros (por exemplo, o aço 9948 custa cerca de 1/5 a mais que o 8163), exigindo um equilíbrio entre confiabilidade e custo.

3.3 Limitações Importantes
De acordo com os requisitos de normas como as "Regulamentações Técnicas de Supervisão de Segurança para Tubulações de Pressão":

Tubos de aço sem costura conforme as normas GB 3087 e GB 8163 não devem ser utilizados em tubulações de pressão de classe GC1 (exceto se cada tubo for submetido a ensaio por ultrassom com qualidade não inferior à classe L2.5 e a pressão de projeto for ≤ 4,0 MPa).

IV. Classificação por Grau para Campos Especiais, como Construção Naval e Usinas Nucleares

4.1 Tubos de Aço Sem Costura para Navios (GB/T 5312)
Os sistemas de tubulação naval são classificados em três graus: I, II e III, com base na pressão e temperatura de projeto:

Grau da Tubulação | Requisitos de Pressão/Temperatura de Projeto | Aplicações Típicas

Grau I | Parâmetros superiores (por exemplo, vapor >1,6 MPa/300 ℃) | Tubulações de vapor de alta pressão e óleo combustível

Grau II | Parâmetros médios | Sistemas de pressão média

Grau III | Parâmetros inferiores | Sistemas auxiliares de baixa pressão
As classes de aço são 320, 360, 410, 460 e 490, sendo que os números indicam a resistência à tração mínima (MPa).

4.2 Tubos de aço sem costura para usinas nucleares (GB/T 24512.1): Os tubos de aço carbono sem costura para usinas nucleares são classificados, conforme os níveis de segurança, da seguinte forma:

Nível 1: Equipamento nuclear de segurança no nível mais elevado

Nível 2: Equipamento de segurança importante

Nível 3: Equipamento de segurança geral

Grau não nuclear: Ilha convencional e sistemas auxiliares

V. Sistema Mais Recente de Classificação e Avaliação de Qualidade Além do sistema tradicional de classificação padrão, a indústria introduziu, nos últimos anos, um sistema mais refinado de classificação e avaliação de qualidade. De acordo com a norma T/CAS ES470700003-2022 "Regras para Classificação e Avaliação de Qualidade de Produtos Industriais – Conexões sem Costura em Aço Carbono e Aço Liga":

Dimensões de Avaliação:

Revisão de Qualificação Básica (Veto por Item Único)

Avaliação da Capacidade de Garantia de Produção (Pontuação por Item Único)

Ensaios de Desempenho do Produto (Pontuação por Item Único)

Classificação por Grau de Qualidade: Com base na pontuação total da avaliação abrangente, é dividida em 9 graus, do mais alto ao mais baixo:

AAA, AA, A (Grau Excelente)

BBB, BB, B (Grau Bom)

CCC, CC, C (Grau Aprovado)

Esse método de classificação pode refletir de forma mais abrangente o verdadeiro nível de qualidade do produto e atender às necessidades diferenciadas dos usuários quanto à qualidade do produto.

VI. Diretrizes para a Tomada de Decisão na Seleção e Ideias Errôneas Comuns

6.1 Método de Seleção em Quatro Etapas
Esclarecer a Aplicação: Transporte de Fluidos? Tubulação de Caldeira? Suporte Estrutural de Cargas?

Avaliação das Condições Operacionais: Temperatura, Pressão, Características do Meio, Condições Ambientais

Conformidade com as Normas: Selecionar as normas aplicáveis com base na análise acima.

Determinação do Grau: Selecionar o grau de material mais econômico dentro da faixa prevista pela norma.

6.2 Ideias Errôneas Comuns na Seleção
Ideia Errônea 1: "O aço 8163 é versátil e pode ser utilizado em todas as situações."
Correção: O aço 8163 é estritamente proibido em condições operacionais especiais, tais como altas temperaturas, altas pressões, baixas temperaturas e exposição ao hidrogênio.

Ideia Errônea 2: "Quanto maior o grau da norma, mais seguro é o material."

Correção: A classe padrão deve corresponder às necessidades reais; a seleção excessiva leva ao desperdício (por exemplo, o aço 5310 é utilizado em tubos de água comuns).

Engano 3: "Basta observar a norma, sem considerar o processo de fusão."

Correção: Mesmo com a mesma norma, as diferenças nos processos de fusão entre diferentes fabricantes afetam a qualidade real do produto.

Engano 4: "Ignorar as diferenças nos requisitos de inspeção."

Correção: A principal vantagem das normas de classe elevada reside em requisitos de inspeção mais rigorosos.

Conclusão: A seleção científica gera valor técnico. A classificação dos tubos sem costura de aço carbono constitui um sistema completo, que vai do básico ao de alta performance, do geral ao especializado. A seleção correta do material deve basear-se em uma avaliação precisa das condições operacionais, em um conhecimento aprofundado das normas aplicáveis e em requisitos razoáveis de qualidade, buscando o equilíbrio ideal entre confiabilidade e economia.

Ao enfrentar condições operacionais complexas ou incertezas, recomenda-se consultar um engenheiro de materiais especializado e realizar testes em pequena escala para verificação, se necessário. Afinal, as perdas decorrentes de uma falha na tubulação causada por seleção inadequada do material superam amplamente o custo adicional razoável pago pelo material.