Introducción a los grados de tubos de calderas

Los tubos de calderas son componentes críticos en aplicaciones de alta temperatura y alta presión, particularmente dentro de los sistemas de generación de energía. Estos tubos deben soportar condiciones extremas, incluidas altas temperaturas, presión y ambientes corrosivos, manteniendo al mismo tiempo la integridad estructural y el rendimiento. Para satisfacer estas demandas, se utilizan varios grados de acero, cada uno de los cuales ofrece propiedades distintas adaptadas a condiciones operativas específicas. Las siguientes secciones describen las características, ventajas y limitaciones de los diferentes grados de tubos para calderas, incluidos acero al carbono, aceros al carbono-molibdeno, aleaciones intermedias de cromo y aceros inoxidables austeníticos. Estos materiales están clasificados y regulados por normas como el Código ASME de calderas y recipientes a presión para garantizar la seguridad y confiabilidad en sus respectivas aplicaciones.

Acero al carbono (SA178)

Los tubos de acero al carbono ofrecen una resistencia leve a la corrosión y una resistencia moderada de hasta 1000 °F. Sin embargo, cuando se usan a temperaturas superiores a 800 °F, pueden ser susceptibles a la grafitización, aunque este problema no es prominente en los espesores comúnmente utilizados en las tuberías de calderas. Para tuberías de sección pesada, no se recomienda el uso a temperaturas superiores a 800 °F. De acuerdo con el Código ASME para calderas y recipientes a presión, Sección I, Calderas eléctricas, el uso de tubos de acero al carbono soldados y sin costura en calderas está limitado a un máximo de 800 °F para acero con borde y 1000 °F para acero calmado. Más allá de 1000°F, el Código no especifica tensiones permitidas para aceros al carbono.

Aceros al carbono-molibdeno (SA209)

Los aceros al carbono-molibdeno, que normalmente contienen un 0,5% de molibdeno, tienen una mayor resistencia a la fluencia en comparación con los aceros al carbono simples, lo que los hace adecuados para aplicaciones de calderas de alta temperatura. Sin embargo, estos aceros también pueden sufrir grafitización si se exponen a temperaturas superiores a 850-900 °F durante períodos prolongados. Este problema depende del tamaño de la sección y se recomienda no utilizar tuberías de este grado por encima de 850 °F debido a la inestabilidad de la fase de carburo, que puede volver a convertirse en grafito. El Código ASME para calderas y recipientes a presión, Sección I, enumera las tensiones permitidas para aceros al carbono-molibdeno de hasta 1000 °F.

Aleaciones de cromo intermedias

SA213-T2
Este acero de baja aleación proporciona resistencia a la grafitización y ofrece mayor resistencia a la fluencia que los aceros al carbono-molibdeno. Su resistencia a la corrosión es similar a la de los aceros al carbono-molibdeno y el Código de calderas ASME enumera tensiones permitidas para T2 de hasta 1000 °F. La presencia de cromo estabiliza el carbono en forma de carburos de cromo, evitando la grafitización.

SA213-T12
Esta aleación, que contiene 1 % de cromo y 0,5 % de molibdeno, está limitada a una temperatura máxima de 1200 °F por el Código ASME para calderas y recipientes a presión, Sección I, Esfuerzos permitidos. A veces se prefiere T12 a T2 debido a su resistencia superior.

SA213-T11
T11 tiene propiedades de resistencia a la fluencia similares a las de T12, pero ofrece mejor resistencia a la corrosión y es más resistente a la oxidación a alta temperatura debido a su mayor contenido de silicio y cromo. La resistencia a la oxidación es crucial porque los metales expuestos a altas temperaturas durante períodos prolongados desarrollan una escala protectora. Sin embargo, a determinadas temperaturas, estas incrustaciones pueden volverse no adherentes, lo que provoca exfoliación y posible erosión de partículas sólidas en las turbinas. El Código ASME para calderas y recipientes a presión enumera tensiones permitidas para T11 hasta 1200°F.

SA213-T22
Esta aleación contiene 2,25 % de cromo y 1 % de molibdeno, lo que proporciona propiedades de fluencia excepcionalmente altas. Sin embargo, su aplicación está limitada a 1125°F debido a la posible exfoliación de incrustaciones a alta temperatura. El código de calderas ASME enumera T22 para temperaturas de hasta 1200 °F.

SA213-T9
Al contener un 9 % de cromo y un 1 % de molibdeno, el T9 ofrece una excelente resistencia a la corrosión, buena resistencia a las altas temperaturas y resistencia a la oxidación, lo que lo hace adecuado para su uso hasta 1200 °F. El T9 puede ser un sustituto adecuado para los grados de acero inoxidable más caros y el Código de calderas ASME limita su uso a 1200 °F.

Aceros inoxidables – Aceros inoxidables austeníticos

Los aceros inoxidables austeníticos están cubiertos en el Código ASME para calderas y recipientes a presión con dos conjuntos de tensiones permitidas debido a su límite elástico relativamente bajo. Los valores de tensión permitidos más altos están destinados a temperaturas donde el uso está limitado por propiedades de tracción de corta duración. Estas tensiones exceden el 62,5% pero no exceden el 90% del límite elástico, donde se pueden esperar pequeñas cantidades de deformación plástica. Estos valores de tensión más altos se utilizan normalmente para tuberías de sobrecalentadores y recalentadores. El Código de calderas enumera las tensiones máximas permitidas según el grado específico de acero inoxidable austenítico.

SA213-T304
Las variaciones de este grado de 18 % de cromo y 8 % de níquel incluyen 304L, 304LN, 304H y 304N, y todos ofrecen una excelente resistencia a la corrosión y la oxidación junto con una alta resistencia. Los grados con bajo contenido de carbono mantienen una alta resistencia al controlar el contenido de nitrógeno. T304 tiene un mayor contenido de carbono y una temperatura mínima de recocido en solución para garantizar una buena resistencia a temperaturas elevadas a largo plazo, con limitaciones de hasta 1650 °F en condiciones oxidantes. El Código de Calderas ASME, Sección I, enumera las tensiones permitidas para T304 hasta 1500°F.

SA213-T316
Al igual que el T304, el T316 incluye molibdeno, lo que mejora su resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, y proporciona una mejor resistencia a la corrosión y resistencia a la fluencia. Las variaciones incluyen 316L, 316LN, 316H y 316N.

SA213-T321 y T347
T321 y T347 son variaciones estabilizadas de T304, que utilizan titanio y columbium respectivamente, junto con un tratamiento térmico adecuado, para garantizar una buena resistencia a largo plazo a temperaturas elevadas. Las versiones con alto contenido de carbono como T321H y 347H, similares a la 304H, se desarrollaron con contenidos de carbono más altos y temperaturas mínimas de recocido en solución especificadas. T309 (25% cromo, 13% níquel) y T310 (25% cromo, 20% níquel) proporcionan la máxima resistencia a la oxidación y la corrosión entre los aceros inoxidables. Sin embargo, estos aceros contienen ferrita, lo que los hace más susceptibles a la fase sigma.