NOÇÕES SOBRE TUBOS DE AÇO CARBONO COM COSTURA

Siderurgia Brasil — Edição 37
Processos e Produtos em 19 Set 2007

Este artigo fornece as informações básicas que os profissionais devem ter sobre os tubos de aço com costura.

Ciro de Toledo Piza Tebecherani

Fabricação de tubos

Os tubos que serão comentados neste artigo são chamados de “com costura”. Esta, porém, é uma denominação errônea para esse material, pois esse nome se consolidou pelo hábito, da mesma forma que “xerox” para cópias eletrostáticas. Esta denominação surgiu há muito tempo, quando o processo utilizado era de baixa freqüência (50 ou 60 Hz), o que dava ao material uma aparência de material “costurado”. Hoje o processo é realizado com solda longitudinal pelo processo ERW (em inglês, Solda por Resistência Elétrica), com alta freqüência, que garante a homogeneidade da matéria-prima, conferindo excelentes características aos produtos.

Os processos de fabricação para obtenção do produto final variam de acordo com a norma com que o tubo vai ser fabricado. Eles podem ser produzidos em uma variada gama de matérias-primas (tipo de aço utilizado), que são normalmente fornecidas segundo especificações ASTM (American Society for Testing and Materials), DIN (Deutsches Institut für Normung), API (American Petroleum Institute), AISI (American Institute of Steel and Iron), SAE (Society of Automotive Engineers), ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e outras. A matéria-prima utilizada é comprada em forma de bobinas, que são classificadas em dois grandes grupos:

Bobinas laminadas a frio (BF) –
Possuem uma cor clara, sendo necessários alguns cuidados especiais com os tubos produzidos com esta matéria-prima, devido à sua alta susceptibilidade à oxidação (corrosão, ferrugem). Eles devem ser armazenados e transportados sempre evitando a umidade, senão tendem a amarelar, o que pode causar sérias conseqüências quando forem utilizados.

Estas bobinas são produzidas normalmente em espessuras abaixo de 2,00 mm e possuem melhor tolerância dimensional e acabamento. Devido ao seu processo de fabricação ser maior que as BQ, seu custo final também é mais elevados.

Bobinas laminadas a quente (BQ) –
Possuem uma cor escura e são menos susceptíveis à oxidação. Os tubos podem ser armazenados e transportados em condições normais até mesmo em céu aberto (por pouco tempo), sem ter sua qualidade prejudicada. Estas bobinas são produzidas normalmente em espessuras acima de 2,00 mm e não possuem uma tolerância dimensional tão restrita quanto as BF, sendo que são também denominadas de BG (bobinas grossas), quando a espessura é superior a 5,00 mm.

Quando for necessária uma BQ com uma melhor condição dimensional, é possível fazer uma relaminação da chapa a frio. Este processo também é utilizado para se obter espessuras não fornecidas pelas usinas. As chapas relaminadas a frio são chamadas de RL.

Quando os tubos de condução são zincados a quente (galvanizados a fogo, como são popularmente conhecidos), não existe preocupação com a superfície do tubo. É preciso apenas tomar pequenos cuidados quanto ao seu armazenamento.

A verificação da qualidade da solda ou do produto final pode ser feita através de ensaios destrutivos ou ensaios não destrutivos, que podem ser:

Eletromagnético – Através de correntes parasitas, o tubo é testado quanto a possíveis descontinuidades. Isto não garante a estanqueidade, porém é admitido como um teste alternativo ao teste hidrostático na maioria das normas de condução, devido à sua grande velocidade de execução.

Hidrostático – Consiste em testar o tubo a uma determinada pressão hidráulica para garantir a sua estanqueidade.

Ensaios destrutivos – Durante o processo de fabricação são realizados vários ensaios mecânicos destrutivos em amostras retiradas durante a produção, tais como alargamento, flangeamento etc.

Normas de fabricação
Existe uma gama muito grande de tubos de aço com costura, mas este artigo vai se restringir aos de condução, embora seja interessante saber da existência de outros tipos. Os tubos de aço carbono com solda longitudinal são divididos em:

1. Tubos industriais
São produzidos para as mais diversas aplicações, desde tubos sem requisitos até tubos para troca térmica e estruturais.
NBR 6591 – Tubos para aplicações diversas, sem exigência de acabamento e propriedades mecânicas, com composições químicas definidas.
DIN 1615 – Tubos não sujeitos a requisitos especiais, na matéria-prima ST 33 (baixo carbono).
ASTM A-513 – Tubos para uso mecânico, nos tipos 1 (BQ) e 2 (BF), com propriedades mecânicas e composições químicas definidas.
A-500 – Tubos para uso estrutural em vários graus de matéria-prima, com propriedades mecânicas definidas.
BS 4474 – Tubos estruturais fabricados a partir da matéria-prima laminada a quente.
ASTM A-214 – Tubos com composição química definida para trocadores de calor e condensadores.
ASTM A-178 – Tubos para caldeiras, superaquecedores e vasos de pressão, em vários graus de matéria-prima. Os requisitos de propriedades mecânicas não se aplicam aos tubos de diâmetro interno menor que 3,2 mm e espessura de parede menor que 0,4 mm.
DIN 1626 – Tubos sujeitos a requisitos especiais, para pressões máximas definidas e temperaturas de trabalho de até 300ºC, com composições químicas definidas.
DIN 1628 – Tubos de alta performance, normalmente sem limite de pressão de trabalho, porém, devem ser usados a temperaturas de no máximo 300ºC, com composições químicas definidas.
NFA 49-643 – Tubos comerciais de qualidades 1 (não decapados) e 2 (decapados) e nas tolerâncias classes 1 e 2 , com composições químicas definidas e seções (para classes): redonda, quadrada e retangular.

2. Tubos de precisão
São utilizados onde é necessária precisão dimensional e/ou boa qualidade superficial.
DIN 2393 – Tubos de precisão interna e externa, com composições químicas e propriedades mecânicas definidas, nos graus de qualidade A, B ou C. Podem ainda ser fornecidos nos estados BK (sem tratamento térmico após a última de formação a frio), BKW (pequeno passe de trefila após o último tratamento térmico), GBK (recozido em atmosfera controlada) ou NBK (normalizado em atmosfera controlada).
DIN 2394 – Tubos de precisão externa, com composições químicas e propriedades mecânicas definidas e nos graus de qualidade A, B ou C. Podem ainda ser fornecidos nos estados BKM (sem tratamento térmico após a calibração), GBK (recozidos em atmosfera controlada) ou NBK (normalizado em atmosfera controlada).
DIN 2395 – Tubos de precisão para uso geral, nas seções quadradas e retangulares, com composições químicas definidas e nos graus de qualidade A ou B. Podem ainda ser fornecidos nos estado M (sem tratamento após o bitolamento), BKM (como o M, porém brilhante) ou para o grau B pode ser também NBK (recozido em atmosfera controlada).
NBR 5599 – Tubos de precisão interna e externa, com composições químicas e propriedades mecânicas definidas, e em vários graus de matéria-prima. Podem ainda ser fornecidos nos estados TD (Trefilado Duro), TM (Trefilado Macio), RB (Recozido Branco), RD (Recozido Decapado), NB (Normalizado Branco) e ND (Normalizado Decapado).

3. Tubos de condução
São utilizados para condução de gases e líquidos não corrosivos e sólidos em suspensão. As normas de tubos de condução que realmente são mais utilizados estão destacadas com *. Vide também fluxogramas 1 e 2 com processo de fabricação de tubos de condução preto com ponta biselada (sem rosca, próprio para soldagem ou posterior roscamento) ou galvanizado com ponta roscada e luva.
ASTM A-135 – Tubos de condução nos graus A e B, com composição química e propriedades mecânicas definidas, sendo o de grau A apto a ser dobrado ou flangeado. São normalmente fornecidos no SHC 10, com diâmetro nominal variando de 3/4 a 5”. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva).
ASTM A-54* – Tubos de condução nos graus A e B, com composição química e propriedades mecânicas definidas, sendo o de grau A apto a ser dobrado, flangeado e serpentinado, e o de grau B podendo sofrer dobramento e flangeamento limitados. São fornecidos normalmente nos SCH 40 e SCH 80. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Esta norma é praticamente igual a norma brasileira NBR 5590.
ASTM A-120 – Tubos de condução, sem matéria-prima especificada, normalmente nos SCH 40 e SCH 80. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Apesar de ainda estar disponível, em 1989, esta norma foi englobada pela ASTM A-53.
DIN 2440* – Tubos de condução, sem materia-prima especificada, para pressões de no máximo 25 kgf/cm², para líquidos, e 10 kgf/cm2, para ar e gases não perigosos. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Esta norma é praticamente igual à norma brasileira NBR 5580 classe M.
DIN 2441 – Tubos de condução, sem matéria-prima especificada, para pressões de no máximo 25 kgf/cm², para líquidos, e 10 kgf/cm2, para ar e gases não perigosos. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Esta norma é praticamente igual à norma brasileira NBR 5580 classe P.
BS 1387 – Tubos de condução, com composição química e propriedades mecânicas definidas, nas classes leve, média e pesada. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Esta norma é praticamente igual à norma brasileira NBR 5580.
NBR 5580* – Tubos de condução, sem matéria-prima especificada, nas séries leve, média e pesada. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Para obter um resumo desta norma, consultar o catálogo técnico de conexões da Persico & Pizzamiglio.
NBR 5590* – Tubos de condução nos graus A e B, com composição química e propriedades mecânicas definidas. Sendo o de grau A apto a ser dobrado, flangeado e serpentinado, e o grau B podendo sofrer dobramento e flangeamento limitados. São fornecidos normalmente nas Séries 40 e 80. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva). Para obter um resumo desta norma, consultar o catálogo técnico de conexões da Persico & Pizzamiglio.
NF A 49-141 – Tubos de condução, com composição química definida, com pressão máxima admissível de uso de 36 bar à temperatura ambiente. Possuem as extremidades lisas.
NF A 49-145 – Tubos de condução, com propriedades mecânicas definidas nas séries leve, média e pesadas. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva).
JIS G 3456 – Tubos de condução, com propriedades mecânicas definidas. Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva).

4. Petrolíferos
São usados para exploração, produção e condução de petróleo, seus derivados, subprodutos e equivalentes. Vide também fluxograma de fabricação.
API 5 CT – Tubos destinados ao revestimento de poços (casing) e à produção (tubing).
Podem ser fornecidos em vários graus de matéria-prima.
API 5 L – Tubos para condução de fluidos em refinaria de petróleo, transporte de água, gás natural ou mesmo outros gases. Podem ser fornecidos em vários graus de aço.

5. Eletrodutos
São utilizados para a proteção de condutores elétricos (cabos e fios).
ANSI C 80.1 – Tubos galvanizados para proteção de condutores elétricos. Não possuem matéria-prima definida, porém, são aptos a serem curvados. Podem ser fornecidos com pontas lisas ou com rosca (com ou sem luva).
NBR 5597 – Tubos galvanizados nas séries extra e pesada, para proteção de condutores elétricos. O aço utilizado é de baixo teor de carbono e eles são aptos a serem curvados. Podem ser fornecidos com pontas lisas ou com rosca (com ou sem luva).
NBR 5598 – Tubos galvanizados para proteção de condutores elétricos. O aço utilizado é de baixo teor de carbono e eles são aptos a serem curvados. Podem ser fornecidos com pontas lisas ou com rosca (com ou sem luva).

Obs.: Muitas vezes os distribuidores e compradores utilizam alguns termos errados. Os principais são:
a. Pedir um tubo SCH (se lê squédule), por exemplo, um tubo SCH 40 de 1”, significa um tubo ASTM A 53 SCH 40 de 1”, onde o NBR 5590 Série 40 é o mesmo tubo. Algumas vezes, o comprador ou especificador, quando pede um tubo SCH, talvez também se refira a um tubo sem costura.
b. Pedir um tubo médio ou pesado é o mesmo que pedir um tubo NBR 5580 de classe média ou pesada.

As normas Mercosul ainda não foram citadas, pois apesar de muitas já terem sido elaboradas, elas ainda não foram publicadas oficialmente.
As normas citadas foram objeto de uma pesquisa realizada em 1992, não tendo sido feita uma atualização para este trabalho. Não acreditamos, porém, que tenha havido mudanças substanciais em alguma delas.

Informações técnicas
1. Cálculo do peso teórico de um tubo redondo de aço carbono
P = 0,0246615 x (D - e) x e
Sendo:
P = Peso do tubo em kg/metro
D = Diâmetro externo do tubo em mm
e = Espessura da parede do tubo em mm
Obs.: Considerando tubos de aço preto e não galvanizados onde há um pequeno acréscimo no peso por metro.

2. Raio de canto teórico dos tubos quadrados e retangulares
Normalmente, os fabricantes possuem um padrão interno para a fabricação de tubos quadrados e retangulares, de forma que o seu raio de canto deve ser de aproximadamente 2 vezes a espessura de parede. Este valor também é especificado em algumas normas de fabricação.
Ex: Raio de canto na norma ASTM A 500, até 3 vezes a espessura (máximo admitido).
O raio de canto poderá ser maior ou menor que o mencionado anteriormente, dependendo da exigência da norma ou do processo de fabricação.

3. Cálculo do diâmetro equivalente de um perfil quadrado
Para se saber qual é o diâmetro de origem de um tubo quadrado devemos utilizar a seguinte fórmula:
De = 1,27 x L
Sendo:
De = Diâmetro equivalente
L = Lado do perfil quadrado
Obs.: Consideramos o raio de canto igual a 2 vezes a espessura.

4. Cálculo do diâmetro equivalente de um perfil retangular
Para saber qual é o diâmetro de origem de um tubo retangular, devemos utilizar a seguinte fórmula:
De = 1,27 x (L1 + L2) / 2
Sendo:
De = Diâmetro equivalente
L1 = Lado maior do perfil retangular
L2 = Lado menor do perfil retangular
Obs.: Consideramos o raio de canto igual a 2 vezes a espessura.

5. Cálculo do peso teórico de um tubo quadrado
P = 0,0246615 x (1,27 x L - e) x e
Sendo:
P = Peso em kg/metro
L = Lado do quadrado (mm)
e = espessura do tubo (mm)

6. Cálculo do peso teórico de um tubo retangular
P = 0,0246615 x (1,27 x (L1 + L2) - e) x e
2
Sendo:
P = Peso em kg/metro
L1 = Lado maior (mm)
L2 = Lado menor (mm)
e = Espessura (mm)

7. Diâmetro nominal / Real e Schedule
• Diâmetro nominal, também chamado de “tamanho nominal”, é o termo consagrado comercialmente para designar o diâmetro dos tubos de condução, eletrodutos e petrolíferos.
Às vezes é também designado como “bitola”, porém, na terminologia técnica brasileira, esse termo deve ser evitado.
Obs.: O diâmetro nominal não corresponde à medida efetiva ou real da circunferência externa do tubo (vide tabela 1 e 2).

Schedule é a denominação dada ao resultado arredondado à dezena calculado pela fórmula
SCH = P / S onde P é a pressão de trabalho do tubo e S é a tensão (pressão) correspondente a 60% do limite de escoamento do material a 20°C. Portanto, para um mesmo diâmetro externo de um tubo de condução, quanto maior for o SCH, maior será a espessura da parede em relação ao seu diâmetro.
O Schedule define, portanto, a espessura da parede do tubo de condução, sendo que os valores estabelecidos para cada Schedule (espessura) nos vários diâmetros são tabulados e convencionados nas normas correspondentes.
Por exemplo, os tubos das normas americanas (carbono – ASTM), seguem o padrão definido na norma ANSI B 36.10 (a norma brasileira NBR 5590 também segue este padrão).
Nas normas européias (DIN, BS e outras), bem como nas normas brasileiras (ABNT) não é comum a designação das espessuras em Schedule e sim conforme recomendação da ISO (International Organization for Standardization), que estabelece classes de espessuras definidas conforme a tabela de cada norma. Por exemplo, na NBR 5580 existem classes leve, média e pesada.
A tabela 3 fornece a espessura de parede dos tubos em função do diâmetro nominal (em polegadas)
e o Schedule.

Bibliografia
• Catálogos Técnicos da Persico Pizzamiglio.
• Normas Técnicas.
• Desenhos: Mário Aparecido Pereira.