¿Cuáles son los estándares para tubos de acero de aleación

Tuberías de acero de aleación, Debido a la adición de elementos de aleación tales como cromo (Cr), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y manganeso (Mn), poseen una excelente resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la corrosión y estabilidad a altas temperaturas. Ya sea en refinerías de petróleo y gas, sistemas de calderas de alta presión, plantas de energía o aplicaciones criogénicas, seleccionar los estándares de tuberías apropiados es crucial para garantizar la integridad estructural y la seguridad operativa.

Esta guía analiza exhaustivamente los sistemas estándar de tubos de acero de aleación convencionales a nivel mundial, los procesos de fabricación, los grados de acero clave y las aplicaciones importantes, ayudándole a aclarar las diferencias entre los estándares estadounidenses (ASTM), europeos (EN), japoneses (JIS) y chinos (GB). Y también aclarar las disposiciones pertinentes en cada norma con respecto al uso de procesos de fabricación sin soldadura o soldados.

Estándares de la tubería de acero de la aleación 1. US

La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) y la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) han establecido las especificaciones de tuberías más ampliamente aceptadas a nivel mundial, especialmente en las industrias de petróleo, gas, petroquímica y generación de energía.

ASTM A335/A335M/

La norma ASTM A335 / A335M se fabrica mediante un proceso continuo y se usa comúnmente para tuberías de vapor de alta temperatura, colectores de plantas de energía, tubos de hornos de refinería petroquímica y tuberías de proceso de alta presión (a menudo denominadas "tuberías de acero al cromo-molibdeno").

Grados de acero principales:

Grados P11 y P22: Los aceros de cromo-molibdeno de baja aleación más utilizados. Poseen una excelente resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión por hidrógeno, con una resistencia máxima a la temperatura de 550 ° C.
P91 (9Cr-1Mo-V): Un acero martensítico resistente al calor de alta calidad y alta resistencia. Diseñado específicamente para la generación de energía, se utiliza principalmente para tuberías de vapor de alta temperatura y alta presión y tubos de calderas que operan a temperaturas de hasta 650 ° C. Presenta una resistencia a la ruptura por fluencia extremadamente alta y es el estándar de la industria para tuberías de plantas de energía ultra supercríticas (USC).

Otros grados comúnmente utilizados: P5, P9, P12.

ASTM A213/A213M/

ASTM A213 / A213M se fabrica mediante un proceso continuo y se usa comúnmente para tubos intercambiadores de calor, líneas de condensador y sobrecalentadores de calderas. Sus tolerancias dimensionales son más estrictas en comparación con las tuberías A335.

Grados de acero principales:

T11, T22, T91: Estos grados tienen composiciones químicas que corresponden directamente a la serie A335 "P", pero están diseñados específicamente para aplicaciones de intercambio de calor de alta precisión.

ASTM A333Inicio/A333M

El ASTM A333 / A333M se puede fabricar utilizando procesos sin soldadura y soldados y se utiliza principalmente en el procesamiento de gas natural licuado (GNL), transporte químico criogénico y tuberías de larga distancia en climas extremadamente fríos. Estos tubos de acero están diseñados para mantener una alta tenacidad de muesca por debajo de cero grados Celsius.

Grados de acero principales:

Grado 6: El grado más ampliamente especificado para la tubería general de baja temperatura (nominal hasta-45 ° C / -50 ° F). Es un acero microaleado de carbono-manganeso.
Grado 3 y Grado 8 (acero Ni del 9%): Diseñado para el servicio criogénico extremo, con el grado 8 que mantiene integridad estructural abajo a-196 °C (-320 °F).

ASTM A691 / A691M

ASTM A691 / A691M se fabrican únicamente mediante procesos de soldadura (soldadura por electrofusión EFW) y se usan comúnmente para tuberías de distribución de vapor de gran diámetro, alta temperatura y alta presión hechas de acero aleado.

Grados de acero principales:

1-1/4 Cr (Grado 11/12), 2-1/4 Cr (Grado 22): Soldada a partir de placas de acero de aleación A387, su composición química es comparable a A335 P11 y P22, adecuada para diseños de tuberías de gran diámetro.

2. Normas europeas para tuberías de acero aleado (EN/DIN)

Las normas europeas (series EN 10216 y EN 10217) han sustituido en gran medida a las antiguas normas alemanas DIN y han establecido estrictos estándares de seguridad a nivel europeo en el marco de la Directiva de Equipos a Presión (PED).

EN 10216-2

Fabricadas exclusivamente mediante procesos sin costura; se utilizan comúnmente en recipientes a presión, calderas de plantas de energía y tuberías para reactores químicos de alta temperatura.

Principales grados de acero:
16Mo3: Acero aleado simple con molibdeno, ampliamente utilizado en aplicaciones a presión de temperatura media y alta.
13CrMo4-5: Equivalente al grado ASTM A335 P11; posee una excelente resistencia a altas temperaturas y al vapor a alta presión.
10CrMo9-10: Equivalente al grado ASTM A335 P22; presenta un mayor contenido de cromo y molibdeno, lo que mejora la resistencia a la fluencia.

EN 10217-2

Fabricadas exclusivamente mediante procesos de soldadura; se utilizan comúnmente en intercambiadores de calor económicos, sistemas de agua caliente y calderas industriales de baja presión donde no se requiere estructuralmente una tubería sin costura.

Principales grados de acero:
16Mo3 (soldado): Versión soldada de la tubería sin costura 16Mo3, que combina un alto rendimiento térmico con una buena relación coste-eficacia.

3. Normas japonesas para tuberías de acero aleado

JIS G3458

Fabricadas mediante procesos sin costura; se utilizan ampliamente en tuberías de refinerías, tuberías petroquímicas de alta temperatura y tuberías de calderas de alta presión.

Principales grados de acero:
STPA 12: Acero al molibdeno, equivalente a ASTM A335 P1.
STPA 22 y STPA 24: Aceros al cromo-molibdeno, equivalentes a ASTM A335 P11 y P22, respectivamente.

JIS G3462

Pueden fabricarse tanto mediante procesos sin costura como soldados; se utilizan comúnmente para tubos de paredes refrigeradas por agua, sobrecalentadores y tubos de intercambiadores de calor en calderas comerciales e industriales. Principales grados de acero:
STBA 12, STBA 22, STBA 24: Su composición química es idéntica a la del acero para tuberías STPA, pero su proceso de fabricación ha sido optimizado.

4. Normas chinas para tuberías de acero aleado (GB)

GB/T 5310

Fabricadas mediante tecnología sin costura; se utilizan en centrales eléctricas de carbón supercríticas y ultra-supercríticas, tuberías de vapor de alta presión y colectores de vapor.

Principales grados de acero:
15CrMoG y 12Cr1MoVG: Los grados de acero aleado sin costura para alta presión más utilizados en la industria de generación de energía de China. El grado 12Cr1MoVG incorpora vanadio (V), lo que le confiere una excelente resistencia a la fluencia a temperaturas de hasta 580 °C.
10Cr9Mo1VNbN (equivalente a P91/T91): Un acero martensítico avanzado fabricado específicamente para entornos de centrales eléctricas ultra-supercríticas.

GB/T 9948

Fabricadas mediante tecnología sin costura; se utilizan en tubos de hornos, intercambiadores de calor y tuberías de craqueo de alta presión en refinerías de petróleo crudo.

Principales grados de acero:
15CrMo, 12Cr2Mo, 1Cr5Mo: Poseen una excelente resistencia a la corrosión por hidrógeno y a la corrosión por azufre a altas temperaturas.

GB/T 12771

Fabricadas mediante tecnología de soldadura; se utilizan comúnmente en plantas químicas e instalaciones de procesamiento para el transporte de fluidos corrosivos o mezclas químicas de alta aleación.

5. Cómo elegir la tubería de acero aleado adecuada

Compatibilidad con la temperatura y el entorno

Bajas temperaturas y entornos de baja temperatura (de -45 °C a -196 °C): Priorice los aceros con contenido de níquel o los aceros al carbono-manganeso, como el ASTM A333 grado 6 u 8, para evitar la fractura frágil. Entornos de vapor a alta temperatura (superiores a 600 °C): Opte por aceros aleados de cromo-molibdeno-vanadio, como los ASTM A335 P22/P91 o GB/T 5310 12Cr1MoVG, para mantener la resistencia mecánica y prevenir la fluencia (deformación lenta) a largo plazo.

Tubos sin costura frente a tubos soldados: ¿Cómo elegir?

Tubos de acero aleado sin costura: Indispensables para aplicaciones de presión ultraelevada y seguridad crítica. Al fabricarse mediante extrusión a partir de palanquillas de acero macizo, carecen de soldaduras longitudinales, lo que elimina el riesgo de fallo en la unión soldada.

Tubos de aleación soldados: Adecuados para tuberías de gran diámetro que operan a presiones medias o bajas, ya que ofrecen una excelente relación coste-eficacia. Las técnicas modernas de soldadura por electrofusión (EFW), como las definidas en la norma ASTM A691, permiten obtener uniones soldadas eficientes, lo que posibilita sustituir a los tubos sin costura en muchos sistemas de transporte a gran escala.

Sustitución por normas equivalentes

En proyectos multinacionales, a menudo se buscan grados equivalentes. Por ejemplo, el acero ASTM A335 P11 puede sustituirse frecuentemente por el GB/T 5310 15CrMoG o el EN 10216-2 13CrMo4-5. No obstante, antes de realizar cualquier sustitución, es fundamental consultar al ingeniero del proyecto para garantizar que las restricciones de composición química, los métodos de tratamiento térmico (como la normalización y el revenido) y los requisitos de los ensayos de impacto sean totalmente compatibles con las especificaciones de diseño.