ASTM A297: diferenças entre as classes HH, HK e HP

A norma ASTM A297 trata de peças fundidas em aço resistente ao calor, nas famílias ferro-cromo e ferro-cromo-níquel, para uso geral. Dentro dela, as classes HH, HK e HP são das mais pedidas por quem projeta e mantém fornos, e é comum haver dúvida sobre qual delas escolher. Todas têm cerca de 25% de cromo. O que muda de uma para outra é, principalmente, o teor de níquel, e isso altera a resistência à fluência, à carburização e a ciclos térmicos.

Neste artigo, a engenharia da Aceros explica a composição de cada classe, o que cada diferença significa na prática, onde cada uma costuma ser usada e como informar a condição de serviço para receber uma indicação segura.

O que a ASTM A297 cobre

A A297 é uma especificação de peças fundidas, e não de chapas ou barras laminadas. Ela reúne várias classes de ligas refratárias, com letras e números que identificam a faixa de composição. As classes HH, HK e HP aparecem com frequência em rolos de forno, tubos radiantes, tubos de reforma, cestos e grelhas de tratamento térmico. Como a norma tem edições sucessivas, a especificação final do projeto deve citar a edição aplicável.

Composição química de HH, HK e HP

Os valores abaixo seguem a tabela da ASTM A297/A297M (edição 2021) e são faixas em percentual de massa:

• HH (25Cr-12Ni): cromo de 24 a 28%, níquel de 11 a 14%, carbono de 0,20 a 0,50%.
• HK (25Cr-20Ni): cromo de 24 a 28%, níquel de 18 a 22%, carbono de 0,20 a 0,60%.
• HP (26Cr-35Ni): cromo de 24 a 28%, níquel de 33 a 37%, carbono de 0,35 a 0,75%.

Nas três, o manganês é limitado a 2,00%, o fósforo e o enxofre a 0,04% cada e o molibdênio a 0,50%. O silício é limitado a 2,00% na HH e na HK, e a 2,50% na HP. Confira sempre a edição vigente da norma antes de fechar uma especificação, porque as faixas podem mudar entre revisões.

Por que essas ligas têm tanto carbono

Quem está acostumado com aço inox laminado, como o 304, espera carbono baixo. Nas ligas fundidas resistentes ao calor, o carbono é alto de propósito. Ele forma carbonetos na estrutura do metal, e esses carbonetos ajudam a sustentar a peça quando ela trabalha em temperatura elevada sob carga. É por isso que a comparação de uma liga de forno com um inox comum de chapa não faz sentido: são materiais pensados para problemas diferentes.

O que o teor de níquel muda na prática

Entre HH, HK e HP, o níquel sobe de cerca de 12% para 20% e depois para 35%. Em termos gerais, mais níquel ajuda a estabilizar a estrutura austenítica e costuma melhorar a resistência à carburização e a estabilidade em ciclos térmicos severos. Em compensação, a liga fica mais cara. E o níquel alto nem sempre é a melhor resposta: em atmosferas com enxofre, ligas muito ricas em níquel podem ser mais sensíveis. Por isso a atmosfera do forno precisa entrar na conversa desde o início.

Fluência: o desgaste que não aparece

Em temperatura alta, o metal sob carga constante se deforma devagar ao longo do tempo. Esse fenômeno é a fluência, e é uma das principais causas de falha em tubos, rolos e suportes de forno. A peça pode parecer inteira e, ainda assim, estar empenando ou perdendo diâmetro. As classes da A297 foram desenvolvidas para resistir a esse tipo de dano melhor do que os inox comuns, mas cada classe tem seu limite, e ele depende de carga, atmosfera e do tempo de operação.

Quais são as temperaturas de trabalho

Esta é uma pergunta frequente e a resposta honesta é que não existe um número único. Fichas técnicas de fornecedores citam, para a HP modificada com nióbio, uso de longo prazo na faixa de 1.050 a 1.080 °C, e para a HK valores próximos de 1.090 °C. Outras tabelas trazem limites menores para a HH. As diferenças vêm da atmosfera considerada, da carga e do critério de vida adotado. Por isso a Aceros não trabalha com um limite fixo por classe: a indicação sai da análise da condição real de serviço do cliente.

Aplicações típicas de cada classe

HH: rolos, grelhas e cestos

A HH é uma opção usual para componentes de fornos de tratamento térmico, como rolos, grelhas e cestos, quando a exigência de temperatura e de carburização é moderada. É a que tem o menor teor de níquel e, em geral, o menor custo entre as três.

HK: componentes de fornos e tubos radiantes

A HK com 20% de níquel é uma das ligas mais usadas em peças de fornos industriais, como tubos radiantes, rolos e dispositivos. Oferece um equilíbrio entre resistência à fluência, resistência à oxidação e custo.

HP: reforma e petroquímica

A HP é a referência para tubos de fornos de reforma e de pirólise, usados em plantas de hidrogênio, metanol, amônia e eteno. O alto teor de níquel dá estabilidade em ciclos térmicos severos e resistência à carburização.

O que é a HP-Nb e quando ela entra

A HP-Nb é a HP modificada com nióbio. O nióbio forma carbonetos que aumentam a resistência à fluência e à carburização, e por isso a liga é usada em tubos centrifugados da petroquímica. Existe um ponto de atenção: com o tempo em serviço, esses carbonetos finos tendem a crescer e se agrupar, o que muda o comportamento da peça. Por isso a escolha da HP-Nb deve vir do projeto, com a vida de serviço prevista, e não de uma regra geral.

Como escolher entre HH, HK e HP

Em vez de partir da liga, parta da condição de serviço. As informações que mais pesam são:

• Temperatura máxima e temperatura média de operação.
• Atmosfera do forno: oxidante, redutora, carburante ou com enxofre.
• Carga mecânica e peso apoiado na peça.
• Ciclos térmicos, com partidas, paradas e variações bruscas.
• Vida útil esperada e custo de uma parada para troca.
• Tipo de peça: tubo, rolo, bucha, grelha ou suporte.

Erros comuns ao especificar

• Escolher a liga mais cara por segurança, sem necessidade, e aumentar o custo sem ganho.
• Escolher a liga mais barata e encurtar a vida da peça, o que sai caro com a parada.
• Copiar a especificação antiga sem conferir se o processo ou a atmosfera mudaram.
• Ignorar a atmosfera e olhar só a temperatura.
• Esquecer de pedir os ensaios e certificados exigidos pelo projeto.

Como a Aceros trabalha com essas ligas

A Aceros fabrica peças por fundição centrífuga, com usinagem conforme o desenho, em ligas selecionadas pela engenharia. A indicação da classe considera a temperatura de trabalho, a atmosfera do forno, os ciclos térmicos e o histórico da aplicação, e a especificação final consta no desenho e na documentação do fornecimento. Conheça os tubos de aço inox sob medida, os rolos de forno e a página de ligas especiais. Para falar com a engenharia, use a página de contato.

Perguntas frequentes

O que é a norma ASTM A297?

É a especificação de peças fundidas de aço resistente ao calor, nas famílias ferro-cromo e ferro-cromo-níquel, para uso geral. Ela reúne classes como HH, HK e HP.

Qual a diferença entre as classes HH, HK e HP?

As três têm de 24 a 28% de cromo. O que muda é o níquel: a HH tem de 11 a 14%, a HK de 18 a 22% e a HP de 33 a 37%. O carbono também varia: HH de 0,20 a 0,50%, HK de 0,20 a 0,60% e HP de 0,35 a 0,75%.

Qual é a temperatura máxima de cada classe?

Não existe um valor único. As referências de fornecedores variam conforme a atmosfera, a carga e a vida prevista, e a HP modificada com nióbio costuma aparecer na faixa de 1.050 a 1.080 °C. Por isso a Aceros define o limite caso a caso, a partir da condição de serviço.

Por que as ligas da A297 têm carbono alto?

O carbono forma carbonetos que sustentam a peça em temperatura elevada sob carga. Em ligas resistentes ao calor isso é desejado, ao contrário do que ocorre em inox laminado comum.

O que é a liga HP-Nb?

É a classe HP modificada com nióbio, que forma carbonetos que aumentam a resistência à fluência e à carburização. Com o tempo em serviço, esses carbonetos podem crescer e mudar o comportamento da peça, por isso a escolha vem do projeto.

Como pedir orçamento de peças nessas ligas?

Envie o desenho ou as dimensões, a temperatura máxima, a atmosfera do forno, a carga, a quantidade e as normas ou ensaios exigidos pelo projeto, pela página de contato.

Fontes

• ASTM A297/A297M: peças fundidas de aço resistente ao calor, ferro-cromo e ferro-cromo-níquel, para uso geral.
• Fichas técnicas de fornecedores de ligas HK e HP modificada, usadas como referência de temperatura.

Nota técnica: os valores apresentados são referências gerais. A especificação final deve considerar a edição aplicável da norma, os requisitos do projeto e as condições reais de serviço.