Tubería de acero inoxidable ASME SA213 TP321H para servicio de alta temperatura y fluencia

Descripción general de la tubería ASME SA213 TP321H

La tubería de acero inoxidable ASME SA213 TP321H es la variante con alto contenido de carbono del grado austenítico 18-8 estabilizado con titanio, que se suministra como tubo sin costura para calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor según ASME SA213 y su equivalente ASTM A213. El carbono adicional en comparación con el TP321 simple es deliberado: aumenta la resistencia a temperaturas elevadas y la resistencia a la fluencia, que es lo que permite que el grado se utilice en tubos que funcionan en caliente durante décadas.

El material se produce en una amplia gama de tamaños y normalmente se entrega después de pruebas hidrostáticas y pruebas de corrosión intergranular, de modo que tanto la integridad de la presión como la resistencia al ataque de los límites de grano se demuestran antes de instalar el tubo.

TP321H comparado con TP321

Los dos grados parecen similares en una tabla de especificaciones, pero están destinados a funciones diferentes y vale la pena indicar las diferencias con precisión.

Contenido de carbono: TP321H requiere entre 0,04 % y 0,10 % de carbono, mientras que TP321 permite hasta 0,08 % sin mínimo, lo que eleva la resistencia a altas temperaturas del grado H.

Requerimiento de titanio: TP321H necesita titanio de al menos cuatro veces el contenido combinado de carbono y nitrógeno, mientras que TP321 requiere al menos cinco veces, en ambos casos con 0,70 % como máximo.

Tamaño de grano: el grado H se controla a un tamaño de grano más grueso que el grado estándar, porque los granos gruesos mejoran el comportamiento de fluencia a temperaturas elevadas.

Servicio típico: TP321 se adapta a servicios corrosivos generales a temperatura moderada, mientras que TP321H se selecciona para tubos que deben mantener una presión en el rango de fluencia.

Por lo tanto, sustituir un grado por otro es una decisión de diseño más que una conveniencia de compra, y las tablas de tensiones permitidas para los dos grados difieren a temperatura elevada.

Composición química

La tabla proporciona los rangos de análisis térmico especificados para TP321H.

Elemento	Requisito, %	Elemento	Requisito, %
Carbón	0.04 - 0.10	Cromo	17.0 - 19.0
Manganeso	2.00 máximo	Níquel	9.0 - 12.0
Silicio	0,75 máx.	Titanio	4 x (C + N) mín. a 0,70 máx.
Fósforo	0,045 máx.	Nitrógeno	Residual, según lo especificado
Azufre	0,030 máx.	Molibdeno	No especificado para este grado

El molibdeno no es un elemento especificado en este grado, por lo que una tabla de composición que enumera un rango de molibdeno para 321H está mal etiquetada. Las únicas adiciones de refuerzo deliberadas son carbono y titanio, y el contenido de nitrógeno se limita para que el requisito de titanio siga siendo alcanzable dentro del límite máximo del 0,70 %.

Propiedades mecánicas y físicas

Propiedad	Requisito
Resistencia a la tracción	515 MPa mínimo
Límite elástico, 0,2 % de prueba.	205 MPa mínimo
Alargamiento en longitud de calibre de 50 mm.	40 % mínimo
Dureza, Rockwell B	95 HRB máximo
Dureza Brinell	217 HB máximo

Para el diseño térmico y mecánico se aplican los siguientes valores físicos típicos: densidad 8027 kg/m3, módulo elástico 193 GPa, coeficiente medio de expansión térmica de aproximadamente 16,6 µm/m por grado Celsius de 0 a 100 Celsius, 17,2 de 0 a 315 Celsius y 18,6 de 0 a 538 Celsius. La conductividad térmica es de aproximadamente 16,1 W/m·K a 100 Celsius y aproximadamente 22,2 W/m·K a 500 Celsius, el calor específico a temperatura ambiente es de aproximadamente 500 J/kg·K y la resistividad eléctrica es de aproximadamente 720 nΩ·m.

Equivalentes estándar

Sistema estándar	Designación
Estados Unidos, UNS	S32109
Número y nombre europeo, EN.	1.4878, X10CrNiTi18-10
Japón, JIS	SUS 321H
Reino Unido, antigua designación BS	321S51

El mayor contenido de carbono se refleja en el número UNS y en el nombre EN, por lo que un certificado que mencione S32100 o 1.4541 describe TP321 en lugar de TP321H y debe consultarse antes de aceptar el material.

Rango de tamaños, pruebas y condiciones de entrega

El tubo sin costura TP321H se produce con diámetros exteriores de aproximadamente 6 mm a 762 mm y espesores de pared de 0,5 mm a 50 mm, con longitudes que alcanzan los 18000 mm; Se pueden negociar combinaciones especiales con el laminador antes de laminar y no después.

Prueba hidrostática para demostrar la integridad de la presión, o una prueba no destructiva alternativa acordada.

Prueba de corrosión intergranular para confirmar que la estabilización del titanio es efectiva en las condiciones de entrega.

Análisis químicos y pruebas de tracción por calor, con resultados de dureza reportados frente a los límites máximos.

Inspección dimensional de diámetro exterior, espesor de pared, ovalidad y rectitud.

El tubo normalmente se suministra en estado recocido por solución, y cuando el componente terminado se formará o soldará en caliente, la condición del tratamiento térmico debe confirmarse antes de comenzar la fabricación. El decapado o acabado brillante se acuerda con el comprador según el requisito de limpieza del fluido del proceso.

Aplicaciones de alta temperatura

Tubos de sobrecalentador y recalentador en calderas, donde la resistencia a la fluencia determina el espesor de la pared.

Tubos intercambiadores de calor en refinerías y unidades petroquímicas que manejan corrientes calientes que contienen hidrocarburos e hidrógeno.

Líneas de alimentación y descarga alrededor de reactores de hidrogenación.

Haz de tubos auxiliares para generador de vapor y economizador.

Intercambiadores de calor de sales fundidas en plantas termosolares de concentración, donde el tubo debe tolerar ciclos térmicos además de altas temperaturas.

Cuando el tubo se suelda a un cabezal o placa de tubo, se utiliza metal de aportación correspondiente del tipo estabilizado y la junta soldada normalmente recibe un recocido en solución, porque la estructura de grano grueso que le da al TP321H su resistencia a la fluencia también hace que la zona afectada por el calor sea sensible al agrietamiento prematuro si se deja en condiciones de tensión.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué distingue a ASME SA213 TP321H de TP321?
TP321H tiene un contenido mínimo de carbono más alto, un requisito múltiple de titanio más bajo y un tamaño de grano más grueso controlado, todo lo cual aumenta la resistencia a temperaturas elevadas y la resistencia a la fluencia en comparación con el TP321 estándar.

P: ¿Cuál es el número UNS del TP321H?
El grado se designa UNS S32109, con EN 1.4878 y el nombre X10CrNiTi18-10, y la designación japonesa SUS 321H también se usa ampliamente.

P: ¿TP321H contiene molibdeno?
No. El molibdeno no es un elemento especificado en este grado y las tablas de composición que citan un rango de molibdeno para 321H se refieren a un acero diferente.

P: ¿Qué rango de tamaños se puede suministrar?
Se fabrican diámetros exteriores desde aproximadamente 6 mm hasta 762 mm y espesores de pared desde 0,5 mm hasta 50 mm, con longitudes de hasta 18000 mm y tamaños especiales disponibles previo acuerdo.

P: ¿Qué pruebas se realizan normalmente antes del parto?
Análisis químicos y ensayos de tracción por calor, ensayos de dureza, inspección dimensional, ensayo hidrostático o no destructivo acordado y ensayos de corrosión intergranular para verificar el tratamiento estabilizante.

P: ¿Por qué se agregan pruebas de corrosión intergranular para este grado?
Debido a que el tubo funciona en caliente y generalmente está soldado, la prueba confirma que el titanio ha estabilizado el carbono y que los límites de los granos no serán atacados durante el servicio o después de la fabricación.