Guía completa de tuberías de acero aleado: ASTM A335 P5 a P92

¿Qué es la tubería de acero aleado? ¿En qué se diferencia del acero al carbono?

Las tuberías de acero aleado contienen adiciones intencionales de elementos de aleación - cromo, molibdeno, níquel, vanadio y otros - para mejorar propiedades más allá de las que el acero al carbono puede proporcionar. Estos elementos de aleación transforman la microestructura y las características de rendimiento del material. El cromo (Cr) mejora la resistencia a la oxidación y la corrosión formando una capa estable de óxido de cromo. El molibdeno (Mo) aumenta la resistencia a la tracción y a la fluencia a altas-temperaturas mediante el fortalecimiento de una solución sólida. El vanadio (V) y el niobio (Nb) refinan la estructura del grano y fortalecen la precipitación. La combinación de estos elementos crea materiales que mantienen la fuerza y ​​resisten la degradación a temperaturas donde el acero al carbono fallaría rápidamente.

La diferencia fundamental entre el acero aleado y el acero al carbono radica en el contenido total de aleación. El acero al carbono normalmente contiene sólo cantidades residuales (menos del 1,6% en total) de elementos además del carbono, manganeso, silicio e impurezas controladas. El acero aleado añade deliberadamente más del 1% de elementos de aleación para lograr objetivos de propiedades específicos. Este contenido de aleación adicional hace que las tuberías de acero aleado sean significativamente más caras - normalmente 2-5 veces el costo del acero al carbono, pero permite el servicio en condiciones en las que el acero al carbono no sería adecuado.

Descripción general de la norma ASTM A335

ASTM A335 es la norma principal que cubre las tuberías de acero de aleación ferrítica sin costura para servicios de alta-temperatura. La norma cubre los grados P5, P9, P11, P22, P91 y P92, cada uno con requisitos químicos y de propiedades específicos. La norma ASME Sección II Parte A hace referencia a ASTM A335 como SA-335, y los valores de tensión permitidos se proporcionan en la Sección II Parte D para todos los grados. La norma relacionada ASTM A213 cubre las mismas aleaciones pero en forma de tubo (diámetros más pequeños) para aplicaciones de calderas e intercambiadores de calor. El prefijo "P" en A335 indica tubería, mientras que la "T" en A213 indica tubo.

Grados de tuberías de acero de baja aleación

A335 P5 (5% Cr, 0,5% Mo)

P5 contiene 4,0-6,0 % de cromo y 0,45-0,65 % de molibdeno, lo que proporciona una excelente resistencia a la oxidación a alta-temperatura y a la corrosión por sulfuración. El alto contenido de cromo forma un óxido protector estable que resiste la incrustación a temperaturas de hasta 650 grados. P5 se usa comúnmente en aplicaciones de refinería, como unidades FCC (craqueo catalítico fluido), calentadores de coquización y otras tuberías de proceso de alta temperatura donde están presentes ambientes que contienen azufre.

A335 P9 (9% Cr, 1% Mes)

P9 aumenta el contenido de cromo a 8,0-10,0% con 0,90-1,10% de molibdeno. Este mayor nivel de cromo mejora aún más la resistencia a la oxidación y la corrosión en comparación con el P5. P9 está especificado para unidades de hidrodesulfuración de refinerías, plantas de recuperación de azufre y servicios de hidrocarburos a alta temperatura. Su contenido de cromo del 9% le otorga una mejor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión del ácido politiónico (PASCC) durante las paradas.

A335 P11 (1,25% Cr, 0,5% Mo)

P11 es el grado de acero de baja-aleación más utilizado, con 1,00-1,50 % de cromo y 0,44-0,65 % de molibdeno. Ofrece una resistencia mejorada a altas temperaturas en comparación con el acero al carbono a un costo modesto. P11 se utiliza en tuberías de recalentamiento en caliente de plantas de energía, tuberías de procesos de refinería a temperaturas intermedias y líneas de alta temperatura de plantas químicas. Es fácilmente soldable con precalentamiento y PWHT.

A335 P22 (2,25 % Cr, 1 % Mo)

P22 es el caballo de batalla de las industrias petroquímica y energética. Con 1,90-2,60% de cromo y 0,87-1,13% de molibdeno, proporciona una excelente resistencia a la fluencia a temperaturas de hasta 593 grados. El P22 se utiliza ampliamente en tuberías principales de vapor y recalentamiento en caliente de centrales eléctricas, unidades de hidrocraqueo de refinerías y sistemas de vapor de alta presión. Su combinación de fuerza, resistencia a la corrosión y costo moderado lo convierte en la opción predeterminada para muchas aplicaciones de alta temperatura antes de pasar a los grados 9Cr más caros.

Tubos de acero de alta aleación grados - P91 y P92

A335 P91 (9% Cr, 1% Mo, V, Nb)

P91 es un acero 9Cr-1Mo modificado con adiciones controladas de vanadio (0,18-0,25%) y niobio (0,06-0,10%). Estos elementos forman precipitados finos que mejoran drásticamente la resistencia a la fluencia. P91 ofrece aproximadamente tres veces la resistencia a la rotura por fluencia del P22 a 600 grados, lo que permite paredes más delgadas y peso reducido en sistemas de tuberías de alta temperatura. P91 requiere un tratamiento térmico preciso (normalización a 1040-1080 grados seguido de templado a 730-780 grados) para desarrollar su microestructura de martensita templada optimizada.

A335 P92 (9 % Cr, 0,5 % Mo, W, V)

P92 es una evolución de P91, donde el tungsteno (1,5-2,0%) reemplaza parcialmente al molibdeno para mejorar aún más la resistencia a la fluencia. P92 ofrece aproximadamente un 15-20 % más de resistencia a la rotura por fluencia que P91 a 600 grados, lo que lo hace adecuado para las secciones de mayor-temperatura de plantas de energía ultrasupercríticas. Sin embargo, P92 es más difícil de soldar y requiere un control más estricto de los parámetros del tratamiento térmico. La temperatura máxima de funcionamiento para P92 es de aproximadamente 620 grados para un servicio a largo plazo.

Aplicaciones de tuberías de acero aleado

Las plantas petroquímicas y de refinación de petróleo son los principales consumidores de tubos de acero aleado. Las unidades FCC utilizan P5 y P9 para tuberías de reactores y regeneradores donde la corrosión por azufre a alta-temperatura es grave. Las unidades de hidrocraqueo utilizan P22 y P91 para las tuberías de efluentes del reactor que funcionan a 400-450 grados y 150-200 bar. Las unidades de coquización utilizan P5 y P9 para tubos calentadores y líneas de transferencia que operan por encima de 500 grados. Las centrales eléctricas ultrasupercríticas utilizan P91 y P92 para las tuberías principales de vapor que funcionan a 600-620 grados y 250-300 bar. Para aplicaciones detalladas de la industria energética, consulte nuestraGuía de tuberías de centrales eléctricas.

Tratamiento térmico de tubos de acero aleado

Toda tubería de acero aleado requiere tratamiento térmico para desarrollar las propiedades mecánicas especificadas. Los grados de baja-aleación (P5, P9, P11, P22) normalmente se normalizan a 900-980 grados seguidos de un templado a 650-750 grados. El paso de normalización refina la estructura del grano, mientras que el templado proporciona la dureza y tenacidad requeridas. P91 y P92 requieren un control más preciso: normalizar a 1040-1080 grados (por encima de la temperatura Ac3 para austenitizar completamente), seguido de revenido a 730-780 grados. La velocidad de enfriamiento después del templado también es crítica para evitar un nuevo endurecimiento. PWHT (tratamiento térmico posterior a la soldadura) es obligatorio para todas las soldaduras de tuberías de acero aleado, generalmente a 680-760 grados durante 1 hora por 25 mm de espesor. Vea nuestroGuía del proceso de tratamiento térmico(51) para parámetros detallados.

Consideraciones de soldadura para acero aleado

Soldar tuberías de acero aleado requiere especial atención al precalentamiento, la temperatura entre pasadas y el PWHT. P11 requiere un precalentamiento de 150-200 grados, mientras que P22 requiere 200-300 grados. La soldadura P91 es particularmente exigente: precalentamiento de 200-250 grados, estricto control de temperatura entre pasadas (máximo 300 grados) y PWHT inmediato después de la soldadura. El uso de electrodos de soldadura con bajo contenido de hidrógeno-y el almacenamiento adecuado de los electrodos es fundamental para todas las soldaduras de acero aleado para evitar el agrietamiento en frío inducido por el hidrógeno-. Las soldaduras de metales diferentes entre aceros de baja y alta aleación requieren una cuidadosa selección del metal de aportación y parámetros de tratamiento térmico posterior a la soldadura que se adapten a ambos materiales.

Referencia cruzada-de normas internacionales

ASTM A335 P11 es equivalente a EN 10216-2 13CrMo4-5 (1.7335), JIS G3458 STPA23 y GB/T 5310 15CrMoG. P22 es equivalente a EN 10216-2 10CrMo9-10 (1.7380), JIS G3458 STPA24 y GB/T 5310 12Cr2MoG. P91 es equivalente a EN 10216-2 X10CrMoVNb9-1 (1.4903), JIS G3458 STPA27 y GB/T 5310 10Cr9Mo1VNb. Vea nuestroComparación de estándares de tuberíaspara obtener referencias cruzadas-completas.

Cómo obtener tubos de acero aleado

Al ordenar tubería de acero de aleación, proporcione lo siguiente: estándar y grado (p. ej., ASTM A335 P91), tamaño y programa (p. ej., 12" SCH 80), condición de entrega (normalizada y templada) y cualquier requisito especial. La tubería de acero de aleación debe suministrarse con un MTC completo que muestre el análisis químico, las propiedades mecánicas y los detalles del tratamiento térmico. ManufacturerPipe suministra todos los grados ASTM A335 desde P5 hasta P92, con capacidades completas de tratamiento térmico y END, y puede organizar inspección de terceros-para verificar la calidad.