Aço inox Duplex 2205 / F51
F51 / UNS S31803, 1.4462
O duplex 2205 é o inox 22Cr-5Ni-3Mo-N de designação UNS S31803: forjado ASTM A182 F51 e, na EN, 1.4462. Tem cerca de metade ferrita e metade austenita, o dobro do escoamento do 316L e alta resistência à corrosão sob tensão por cloretos. A versão com faixa de composição mais estreita e PREN mínimo maior é o S32205 (F60), que tem página própria; quase toda chapa, barra e tubo hoje sai com certificação dupla S31803/S32205.
Uma composição, várias normas
O nome muda com a forma do produto. Ao especificar, cite norma, grau e classe.
| Forma | ASTM/ASME | Grau/classe | EN | ABNT/outras |
|---|---|---|---|---|
| Chapa, bobina, tira | A240 / SA-240 | S31803 | EN 10088-2, EN 10028-7 (1.4462) | JIS G4304/G4305 SUS329J3L; NORSOK M-630 MDS D45 |
| Barra e perfil | A276; A479 / SA-479 | S31803 | EN 10088-3; EN 10272 (1.4462) | NORSOK M-630 MDS D47 (A479) |
| Forjado e flange | A182 / SA-182 | F51 (S31803) | EN 10222-5, EN 10250-4* (1.4462) | NORSOK MDS D44; ASME B16.5 grupo 2.8 |
| Peça HIP (metalurgia do pó) | A988 / SA-988 | S31803 | n/a | n/a |
| Tubo sem costura e com costura (tubulação) | A790 / SA-790 | S31803 | EN 10216-5 (s/ costura), EN 10217-7 (c/ costura) | NORSOK MDS D41 |
| Tubo soldado com metal de adição | A928 / SA-928 | S31803 | n/a | NORSOK MDS D42 |
| Tubo de troca térmica | A789 / SA-789 | S31803 | EN 10216-5 (1.4462) | NORSOK MDS D48 |
| Conexões de solda | A815 / SA-815 | WPS31803 (CRS para MSS) | EN 10253-4 (1.4462) | NORSOK MDS D43 |
| Fundido | A890 (uso geral); A995 / SA-995 (pressão) | 4A = CD3MN (J92205) | EN 10213 / EN 10283: 1.4470 GX2CrNiMoN22-5-3 | NORSOK MDS D46 |
| Consumível de solda | AWS A5.9 / A5.4 / A5.22 | ER2209, E2209-xx, E2209Tx | EN ISO 14343: 22 9 3 N L | ASME IX: P-No. 10H Gr 1 |
| Ensaio de fases deletérias | A923 | Métodos A, B, C | n/a | ISO 17781 (alternativa usada em O&G) |
Material certificado como S32205 (F60) atende a pedidos de S31803 (F51), mas o inverso não: quando o projeto exige PREN mínimo de ~34, especifique o F60.
Tolerâncias e NCM
- Barras forjadas (redondas e quadradas): sobremetal de 2 mm (Ø 6–16 mm) a 24 mm (Ø 400–500 mm) no diâmetro. Ex.: Ø 100–125 mm acabado: +7 mm, tolerância +6 / −0 (comprimento até 3.500 mm).
- Discos forjados: sobremetal de 4 a 9 mm no diâmetro e de 3 a 11 mm na altura, tolerância só positiva.
- Corte e usinagem: serra fita −0 / +5 a +15 mm no comprimento; jato d’água +10 % da espessura no diâmetro (mín. 2 mm); usinados −0 / +2 a +5 mm no diâmetro. Ver tabelas completas (INF 002 e INF 003, iguais para todas as ligas).
| Forma | NCM (Brasil, 8 dígitos) | HS (internacional, 6 dígitos) | HTS (EUA, 10 dígitos)* | CN (União Europeia, 8 dígitos)* |
|---|---|---|---|---|
| Barra forjada | 7222.30.00 | 7222.30 | 7222.30.0024 | 7222 30 51 |
| Barra laminada a quente | 7222.11.00 | 7222.11 | 7222.11.0059 | 7222 11 11 |
| Chapa grossa (> 10 mm, largura ≥ 600 mm) | 7219.21.00 | 7219.21 | 7219.21.0020 | 7219 21 10 |
| Tubo sem costura | 7304.41.90 | 7304.41 | 7304.41.6045 | 7304 41 00 |
| Tubo com costura | 7306.40.00 | 7306.40 | 7306.40.5085 | 7306 40 80 |
| Flange e conexão | 7307.21.00 | 7307.21 | 7307.21.5000 | 7307 21 00 |
Classe fiscal: aço inox (pela composição química, conforme as Notas do Capítulo 72 e a Nota 5 da Seção XV).
*: códigos de EUA e UE de referência. NCM pela legislação vigente (Regras Gerais de Interpretação, Notas dos Capítulos 72, 74 e 75 e Nota 5 da Seção XV). Confirme a NCM final com seu despachante conforme a dimensão e o acabamento do item. HS = 6 primeiros dígitos da NCM.
Composição química por norma (%)
As faixas de cada norma lado a lado, para ver onde elas diferem.
| Norma | C | Mn | P máx | S máx | Si máx | Cr | Ni | Mo | N | Outros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UNS S31803 (A240, A182 F51, A790) | 0,030 | 2,00 | 0,030 | 0,020 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,08–0,20 | n/a |
| A890 / A995 4A (CD3MN, J92205) | 0,030 | 1,50 | 0,040 | 0,020 | 1,00 | 21,0–23,5 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,10–0,30 | Cu 1,00 |
| EN 1.4462 X2CrNiMoN22-5-3 (EN 10088, EN 10216-5) | 0,030 | 2,00 | 0,035 | 0,015 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,10–0,22* | n/a |
| EN 1.4470 GX2CrNiMoN22-5-3 (fundido) | 0,030 | 2,00 | 0,035 | 0,025 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,12–0,20 | n/a |
| JIS SUS329J3L | 0,030 | 2,00 | 0,040 | 0,030 | 1,00 | 21,0–24,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,08–0,20 | n/a |
| AISI 329 / S32900 (comparação, NÃO é 2205) | 0,08 | 1,00 | 0,040 | 0,030 | 0,75 | 23,0–28,0 | 2,0–5,0 | 1,0–2,0 | não especif. | n/a |
Calcule o PREN de Duplex 2205 (F51 / S31803) na calculadora de PREN →
Propriedades mecânicas por norma
Valores mínimos à temperatura ambiente, na condição de fornecimento indicada.
| Norma e condição | LE mín | LR | Along. | RA | Dureza |
|---|---|---|---|---|---|
| FORJADO | |||||
| A182 F51 (S31803), solubilizado | 450 MPa (65 ksi) | 620 MPa mín (90 ksi) | 25 % | 45 % | não especif. na tabela |
| LAMINADO | |||||
| A240 S31803, chapa solubilizada | 450 MPa (65 ksi) | 620 MPa mín (90 ksi) | 25 % | n/a | 293 HBW / 31 HRC* máx |
| A479 / A276 S31803, barra | 450 MPa | 620 MPa mín | 25 % | n/a | 290 HBW máx* |
| EN 10088-2 1.4462, chapa quarto (P) | 460 MPa | 640–840 MPa | 25 % | n/a | n/a |
| EN 10088-3 1.4462, barra | 450 MPa | 650–880 MPa | 25 % | n/a | 270 HB máx |
| TUBOS, CONEXÕES E FUNDIDOS | |||||
| A790 / A789 S31803, tubo | 450 MPa | 620 MPa mín | 25 % | n/a | 290 HBW / 30 HRC máx |
| EN 10216-5 1.4462, tubo s/ costura | 450 MPa | 640–880 MPa | 22 %* | n/a | KV 40 J a -40 °C* |
| A890 / A995 4A (CD3MN), fundido | 415 MPa (60 ksi)* | 620 MPa mín (90 ksi) | 25 % | n/a | n/a |
| EN 10213 1.4470, fundido | 420 MPa | 600–800 MPa | 20 % | n/a | n/a |
Calcule o peso de barra, chapa ou tubo de Duplex 2205 (F51 / S31803) →
F51 (S31803) x F60 (S32205): qual a diferença
O S31803 é a designação original do duplex 22Cr; com a faixa ampla de Cr, Mo e N (N mín. 0,08 %), uma corrida podia sair com PREN perto de 30. O S32205 nasceu para fixar o 2205 no topo da faixa: Cr 22,0–23,0, Mo 3,0–3,5 e N 0,14–0,20, PREN mínimo ~34, e LR mínimo maior (655 x 620 MPa). Quase toda chapa, barra e tubo hoje sai com certificação dupla S31803/S32205. Material S32205 (F60) pode ser aceito onde se pede S31803 (F51), mas não o contrário.
Tratamentos térmicos previstos nas normas
| Norma | Condição de fornecimento | Temperatura |
|---|---|---|
| A240 / A790 / A789 (S31803) | Solubilizado + resfriamento rápido (água ou outro meio rápido) | 1020–1100 °C (1870–2010 °F) |
| A182 F51 | Solubilizado e resfriado rápido em meio líquido (água), até abaixo de 260 °C | 1020 °C mín (1870 °F) |
| A276 / A479 | Solubilizado + resfriamento rápido | 1020 °C mín* |
| A815 WPS31803 | Solubilizado e resfriado em água (obrigatório após conformação/solda) | 1020–1100 °C |
| A890 / A995 4A | Solubilizado e resfriado em água; ou resfriar no forno até ≥ 1010 °C, manter 15 min e então resfriar em água | 1120 °C mín (2050 °F) |
| EN 10088 / EN 10216-5 (1.4462) | Solubilizado (+AT) + água ou ar forçado | 1020–1100 °C |
Calcule o forjado livre em Duplex 2205 (F51 / S31803): redução, esbeltez e quanto material enviar →Simule o plano de corte do lingote ou da barra →
Variantes da família
| Variante | Normas | Diferença | LE / LR |
|---|---|---|---|
| S31803 / F51 | A240, A479, A790, A182 F51 | Faixa original: Cr 21–23, Mo 2,5–3,5, N 0,08–0,20 | 450 / 620 MPa |
| S32205 / F60 | A240, A479, A790, A182 F60 | Faixa restrita: Cr 22–23, Mo 3,0–3,5, N 0,14–0,20; PREN mín. ~34 | 450 / 655 MPa |
| Fundido 4A (CD3MN, J92205) | A890, A995, EN 1.4470 | Mn 1,50 máx, N até 0,30, Cu 1,00; solubilização mais alta | 415 / 620 MPa |
| Lean duplex 2304 (S32304) / 2101 (S32101) | A240, A790 | Sem ou com pouco Mo; mais barato, PREN ~24–26 (não substitui o 2205 em cloreto)* | 400–450 / 600–650 MPa* |
| Super duplex 2507 (S32750, F53) | A240, A182 F53, A790, A995 5A | 25Cr-7Ni-4Mo-0,3N; PREN ≥ 40, para água do mar | 550 / 795 MPa |
| AISI 329 (S32900) | A240, A789/A790 | Duplex antigo 25Cr-2/5Ni-1,5Mo sem N controlado; NÃO equivale ao 2205 | 485 / 620 MPa |
Corrosão, PREN e temperatura
- PREN (Cr + 3,3 Mo + 16 N): ~35 típico; pelo mínimo da norma, ~30,5 no S31803 (no S32205/F60, ~34).
- Pite e fresta: CPT em FeCl3 6 % (ASTM G48) típico de 35 a 45 °C. Bom em cloretos moderados; para água do mar natural use super duplex.
- Corrosão sob tensão por cloretos: muito superior aos austeníticos 304/316L, uma das razões principais de uso.
- Temperatura: O ASME (II-D) limita o uso a 316 °C (600 °F); abaixo de −29 °C (−20 °F) o código pede ensaio de impacto Charpy*. Acima de ~300 °C ocorre fragilização a 475 °C (fase alfa linha); fabricantes limitam a 350 °C.
- Sigma e nitretos: precipitam na faixa de ~700–950 °C* em solubilização mal resfriada, soldas com aporte alto ou seções grossas; derrubam tenacidade e resistência a pite (ver A923).
- NACE MR0175 / ISO 15156-3: solubilizado e resfriado rápido, ferrita 35–65 %, sem limite de dureza; aceito até 232 °C com pH2S ≤ 10 kPa (0,1 bar). NACE MR0103: até 28 HRC.
Compare ligas por meio corrosivo, concentração e temperatura →
Ensaios exigidos em duplex (ASTM A923, G48)
- A923 Método A: ataque em NaOH e exame metalográfico para fases intermetálicas; serve só para aceitar (resultado ruim leva ao Método B ou C).
- A923 Método B (Charpy): -40 °C; mín. 54 J (40 ft-lbf) no metal base e ZTA, 34 J (25 ft-lbf) no metal de solda (S31803, J92205).
- A923 Método C (FeCl3): 25 °C no metal base e 22 °C na solda, 24 h, perda máx. 10 mdd (1,0 g/m²). Não há critério para o fundido J92205 nesta tabela.
- ASTM G48: Método A (pite) ou E (CPT) em FeCl3 6 %; a temperatura e o critério vêm do projeto ou da NORSOK, não da G48. Projetos O&G costumam aceitar até 4,0 g/m² em solda*.
- NORSOK M-630 / ISO 17781: além do G48, exigem Charpy a baixa temperatura e teor de ferrita na qualificação; valores conforme a MDS e revisão do projeto*.
- Ferritoscopia: controle de ferrita (tipicamente 35–65 % no metal base e 30–70 % na solda*) é exigido em O&G e serviço ácido.
Soldagem
| Item | Prática usual |
|---|---|
| Consumível | ER2209 (AWS A5.9), E2209-15/16/17 (A5.4), E2209T0/T1 (A5.22); EN ISO 14343 22 9 3 N L. Ni maior que o base para equilibrar ferrita. |
| Classificação ASME IX | P-No. 10H, Grupo 1 |
| Pré-aquecimento | Não necessário (só secar a peça) |
| Interpasse | 150 °C máx (100 °C em espessura fina ou exigência de projeto)* |
| Aporte térmico | ~0,5–2,5 kJ/mm; até 1–3 kJ/mm com procedimento qualificado. Baixo demais gera excesso de ferrita, alto demais gera sigma. |
| Gás | TIG: Ar ou Ar + 2 % N2; purga de raiz com Ar ou Ar + N2 |
| TTPS | Não se faz alívio de tensões; só solubilização completa quando a norma exigir (ex.: conexões A815) |
Metal de adição para soldar
A composição do arame normalmente não é idêntica à do material: cada página explica o motivo.
Equivalências internacionais
| Sistema | Designação |
|---|---|
| UNS | S31803; fundido equivalente J92205 |
| ASTM forjado | F51 (S31803) |
| ASTM fundido | Grau 4A / CD3MN (A890, A995) |
| EN / W.Nr. | X2CrNiMoN22-5-3 / 1.4462; fundido GX2CrNiMoN22-5-3 / 1.4470 |
| JIS | SUS329J3L |
| GB | 022Cr22Ni5Mo3N (S22253) |
| BS / AFNOR / SIS (antigas) | 318S13 / Z3CND22-05Az / SS 2377 |
| ABNT | Sem designação na NBR 5601: especificar por UNS e norma ASTM |
| Nomes comerciais | SAF 2205 (Alleima), Forta DX 2205 (Outokumpu), ATI 2205, UR 45N |
SUS329J3L tem Cr até 24 % e N mín. 0,08 %, então se aproxima do S31803, não do S32205. Nenhuma das designações '329' sem o sufixo J3L corresponde ao 2205.
Aplicações típicas
| Forma ou setor | Onde é usado |
|---|---|
| Óleo e gás offshore | Tubulação de processo, manifolds, flanges F51, vasos e separadores |
| Química e petroquímica | Trocadores de calor (A789), tanques, linhas com cloretos |
| Celulose e papel | Digestores, tanques de licor e branqueamento |
| Navios químicos | Tanques de carga e serpentinas |
| Bombas e válvulas | Corpos fundidos 4A, eixos e hastes em barra A479 |
| Água e saneamento | Dessalinização (partes não expostas à água do mar quente), tubulação de efluente |
| Estruturas | Pontes, fixadores e estruturas onde se aproveita o LE alto para reduzir espessura |
Perguntas frequentes
O F51 é temperado?
Não. O aço duplex não endurece por têmpera. O "quench" da ASTM A182 é só o resfriamento rápido depois da solubilização, em água, até abaixo de 260 °C. Ele serve para manter o equilíbrio entre ferrita e austenita e evitar fases sigma e chi. A dureza e a resistência vêm da composição e do trabalho a quente, não do tratamento térmico.
2205 é o mesmo que inox 329 ou '329A'?
Não. AISI 329 (UNS S32900) é um duplex antigo 23–28Cr com 1–2 % Mo e sem nitrogênio especificado. '329A' não é designação UNS, ASTM nem JIS reconhecida. A confusão vem do japonês SUS329J3L, que é o equivalente JIS do 2205. Na compra, peça por UNS S31803/S32205 ou F51/F60.
F51 é o mesmo que 2205?
Sim. O F51 é o forjado do S31803, a designação original do 2205. O S32205 (F60) é a versão com Cr, Mo e N mínimos mais altos (PREN ~34) e resistência mínima maior (655 x 620 MPa). Material F60 atende a pedidos de F51, mas o F51 não atende ao F60.
Qual a diferença entre A890 4A e A995 4A?
A composição (CD3MN) é a mesma. A890 é para fundidos de uso geral; A995 é para peças de pressão (válvulas, bombas) e entra no ASME como SA-995.
Até que temperatura posso usar o F51?
O ASME limita o S31803 a 316 °C (600 °F) por causa da fragilização a 475 °C. Em baixa temperatura, o uso comum vai até cerca de -40/-50 °C com Charpy comprovado.