Acero para recipientes a presión
¿Qué es un acero para recipientes a presión?
Placas de acero para recipientes a presión, a menudo denominadas "placas de caldera", están especializadasPlacas de acero laminadas en caliente-de baja-aleación-utilizado principalmente para fabricarconchas de recipientes a presión, tambores de calderas y otros componentes presurizados. Estos materiales normalmente operan dentro de un rango de temperatura de-20 grados a 500 grados, con grados específicos de alto-rendimiento, como el típico16MnR,P265GH, P295GH, P355GH,A387,A537,A612acero—capaz de alcanzar hasta560 grados.
Debido a que estos recipientes operan en condiciones extremas, que incluyen alta presión, ciclos térmicos intensos y medios corrosivos, deben cumplir con seis criterios de rendimiento críticos:
1.Alta resistencia:Capacidad para soportar inmensas presiones internas provenientes de vapor, gases o líquidos, evitando deformaciones plásticas o explosiones catastróficas.
2.Excelente dureza y plasticidad:Resistencia a la fractura frágil durante fluctuaciones de presión o cambios de temperatura, lo que garantiza una alta resistencia al crecimiento de grietas.
3.Soldabilidad superior:Los recipientes normalmente se fabrican mediante soldadura; El acero debe ser fácil de soldar y al mismo tiempo garantizar que la unión mantenga propiedades mecánicas similares a las del metal base.
4.Rendimiento de alta-temperatura:
- Resistencia a la fluencia:Mantener la estabilidad sin deformación lenta (fluencia) o ruptura bajo estrés y calor elevados y continuos.
- Resistencia a la oxidación:Resiste las incrustaciones corrosivas del vapor o aire a alta-temperatura.
5. Dureza a baja-temperatura:Para aplicaciones criogénicas (por ejemplo, GNL, amoníaco líquido), el acero debe permanecer dúctil para evitar la "fractura frágil a baja-temperatura".
6.Resistencia a la corrosión:Capacidad para resistir ataques químicos y electroquímicos de medios como sulfuro de hidrógeno (H2S), amoníaco, ácidos y álcalis.
Clasificación de aceros para recipientes a presión.
1. Clasificación por Composición Química
La composición química determina los límites físicos y mecánicos fundamentales del acero.
Acero carbono:
- Composición:Principalmente Hierro y Carbono con pequeñas cantidades de Manganeso (Mn) y Silicio (Si).
- Características:Un excelente equilibrio entre solidez y rentabilidad-. Sin embargo, carece de una resistencia a la corrosión significativa, lo que limita su uso en ambientes altamente agresivos.
- Grados típicos:
ASME/ASTM:SA-516 (Grados 55, 60, 65, 70); SA-515 (Grados 60, 65, 70); ASTM A285 (Grados A, B, C).
Europea (EN 10028-2):P265GH, P295GH, P355GH.
Chino (GB 713): Q245R, Q345R.
Acero de baja aleación:
- Composición:Contiene del 1% al 5% de elementos de aleación para mejorar el rendimiento.
- Elementos clave:
Cromo (Cr):Mejora la fuerza, la dureza y la resistencia a la oxidación.
Molibdeno (Mo):Mejora la resistencia a altas-temperaturas (resistencia a la fluencia) y la resistencia a la corrosión.
Níquel (Ni):Añade dureza y resistencia esencial a las bajas temperaturas.
- Grados típicos:
ASMESA-387:Grado 11, Grado 22 (aceros Cr-Mo).
ASTM A204:Grados A, B, C (aleación de molibdeno).
ASTM A533:Clase 1, Clase 2 (aleación de Mn-Mo-Ni para reactores nucleares).
EN 10028-2:16Mo3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10.
GB 713:12Cr1MoV, 15CrMoR.
2. Clasificación por entorno de servicio
Alta-temperatura y alta-presión:Utilizado en reactores y tambores de coque.
Grados:15CrMoR, 12Cr2Mo1R (SA387 Gr22), 10CrMo9-10.
Servicio criogénico/de baja-temperatura:Utilizado para el almacenamiento de gas licuado.
Grados:ASTM A612, A662, A735, A203, A645.
Chino:09MnNiDR, 16MnDR, 15MnNiDR ("DR" indica recipiente de baja-temperatura).
Japonés (JIS):SL1N, SL2N, JIS G3126.
Templado y revenido de alta-resistencia (Q&T):
Grados:ASTM A517, A537, A724, JIS G3115.
Chino:18MnMoNbR, 13MnNiMoR (utilizado para equipos de-pared pesada y alta-presión).
3. Clasificación por Nivel de Resistencia (Resistencia a la Tracción N/mm2)
Basado en la Tabla 6-7-3 "Indicadores de calidad para placas de recipientes a presión":
310-350 N/mm2:ASTM A285, BS1501, DIN 17175, GOST 5520.
360–380 N/mm2:ASTM A285, A515, A516, A442, GOST 5520.
390–410 N/mm2:ASTM A515/516, A442, JIS G3116/G3103/G3118/G3115.
430–450 N/mm2:ASTM A515/516, JIS G3116/G3103/G3118.
480–490 N/mm2:ASTM A515/516, A537, A737, JIS G3116/G3113/G3118/G3115, GB 713.
510–530 N/mm2:ASTM A455, A299, DIN 17155, JIS G3115.
Dimensiones, especificaciones y estándares de calidad
- Rango de espesor:Generalmente de5 mm a 200 mm, con intervalos de espesor específicos definidos por estándares internacionales.
- Control Geométrico:Tolerancias estrictas de forma, planitud y cuadratura.
- Calidad de la superficie:Los defectos de la superficie como grietas, costras, burbujas rodantes, impurezas e incrustaciones prensadas-están estrictamente prohibidos. Se permite la eliminación de defectos sólo si el espesor restante se mantiene dentro de las tolerancias permitidas.
- Integridad interna:La laminación (capas internas) generalmente no está permitida y se verifica mediante pruebas ultrasónicas.
Indicadores de composición química (enfoque de acero al carbono)
La resistencia del acero al carbono aumenta principalmente con el contenido de carbono.
- Carbono (C):Normalmente entre0,16% y 0,33%. Es el factor principal que determina la resistencia de la placa.
- Silicio (Si) y Manganeso (Mn):Si (0,10%–0,55%) y Mn (0,4%–1,6%) se utilizan para mejorar la calidad y la dureza del material.
- Control de impurezas:Los grados de calidad superior limitan estrictamente el cobre (Cu < 0,30 %), el cromo (Cr < 0,25 %), el níquel (Ni < 0,30 %), el molibdeno (Mo < 0,10 %) y el vanadio (V < 0,03 %).
Procesos de fabricación y tecnologías avanzadas
Para garantizar la seguridad en condiciones extremas, la fabricación es significativamente más rigurosa que la del acero estructural estándar:
- Fundición:Utiliza hornos convertidores o eléctricos seguidos de refinación secundaria (LF, RH o VD) y desgasificación al vacío para minimizar los gases nocivos (O, H, N) y las impurezas (P, S).
- Fundición:Colada continua con agitación electromagnética para asegurar una calidad interna uniforme y reducir la segregación.
- Tratamiento térmico:
Normalización (N):Refina la estructura del grano, mejorando la tenacidad y la resistencia.
Normalización + Templado (N+T):Alivia tensiones internas y estabiliza la microestructura.
Templado + Revenido (Q+T):Proporciona el equilibrio óptimo entre alta resistencia y ductilidad para grados especializados.
Rodamiento controlado:Gestión precisa de la temperatura y la deformación para refinar el tamaño del grano.
Criterios de prueba y selección
1. Inspecciones obligatorias
- Pruebas ultrasónicas (UT): Inspección 100% UTEs un requisito obligatorio para detectar delaminaciones o inclusiones internas.
- Pruebas mecánicas:Cada placa debe someterse a pruebas de tracción, impacto (muesca en V-a temperatura ambiente y baja) y flexión.
- Pruebas de tracción a alta-temperatura:Requerido para aceros destinados a servicio de alta-calor.
2. Lógica de selección
- Presión y temperatura de diseño:El factor principal para la elección del material (por ejemplo, Cr-Mo para calor, aleación de Ni-para frío).
- Propiedades de los medios:La presencia de agentes corrosivos como el H2S requiere aceros resistentes al HIC-o al Cr-Mo.
- Grosor de la pared:Los recipientes-de paredes pesadas requieren aceros con alta templabilidad para garantizar un rendimiento uniforme.
- Soldabilidad:Medido en Carbono Equivalente (CEV o CET); valores más bajos indican una mayor facilidad de soldadura.
- Cumplimiento normativo:Cumplimiento estricto de códigos comoASME VIII División 1oGB 150.
Aplicaciones industriales
Generación de energía:Tambores de calderas, cabezales y paredes de agua.
Petroquímicos:Reactores, intercambiadores de calor, columnas de destilación y tanques esféricos (GLP, Oxígeno, Nitrógeno).
Carbón y productos químicos finos:Gasificadores, depuradores y calderas de reacción presurizadas.
Energía nuclear:Recipientes de contención, presurizadores y soportes de generadores de vapor.
Transporte:Vagones cisternas especializados para ferrocarril y carretera (GLP/Amoníaco líquido).
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Comparación internacional de grados de acero para calderas y recipientes a presión
Parte 1: Norma GB 713—2008 (Placas de acero para calderas y recipientes a presión)
| China (GB/YB) | Estados Unidos (ASTM) | Japón (JIS) | Europa (DIN/BS/NF EN) | Rusia (GOST) | ISO |
| Q245R(Antes. 20g, 20R) | A414/A414M Gr. D | (JIS G3124) SEV 25 | S235JR (1.0038), S235J0 (1.0114), S235J2 (1.0117) | Ст3кп | P235GH |
| Q345R(Anterior. 16Mng, 19Mng, 16MnR) | A737/A737M Gr. B | (JIS G3124) SEV 345 | S355JR (1.0045), S355J0 (1.0553), S355J2 (1.0577), S355K2 (1.0596) | 17ГC, 15XCHД | P355GH |
| Q370R(Anterior. 15MnNbR) | A572/A572M Gr. 50 (345) | (JIS G3115) SPV 355 | S355JR (1.0045), S355J0 (1.0553), S355J2 (1.0577), S355K2 (1.0596) | 10Г2Б | P355GH |
| 18MnMoNbr | A735/A735M Gr. 1 | (JIS G3115) SPV410 | — | — | — |
| 13MnNiMoR(Anterior. 13MnNiCrMoNbg, 13MnNiMoNbR) | A738/A738M Gr. B | — | — | — | 15NiCuMoNb 5-6-4 |
| 15CrMoR(Anterior. 15CrMog) | A387/A387M Gr. 12 (K11757) | (JIS G4109) SCMV2 | 18CrMo4 | 15XM | 13CrMo4-5 (ASME: 14CrMo4-5) |
| 14Cr1MoR | A387/A387M Gr. 11 (K11789) | (JIS G4109) SCMV3 | 18CrMo4 | 15XM | 13CrMoSi5-5 (ASME: 14CrMoSi5-6) |
| 12Cr2Mo1R | A387/A387M Gr. 22 (K21590) | (JIS G4109) SCMV4 | — | — | 10CrMo9-10 (ASME: 13CrMo9-10/14CrMo9-10) |
| 12Cr1MoVR(Anterior. 12Cr1MoVg) | — | — | — | — | — |
Parte 2: Norma GB 5310—1995 (tubos de acero sin costura para calderas de alta-presión)
| China (GB/YB) | Estados Unidos (ASTM) | Japón (JIS) | Alemania (DIN EN) | Rusia (GOST) | ISO |
| 20G | 1020 | (JIS G3461) STB340 | C22 (1.0402), C20C (1.0411) | 20 | — |
| 20MnG | 1022 | STB 410 | C22 (1.0402) | 20Г | — |
| 25MnG | 1026 | STB 510 | C26D (1.0415) | 25Г | — |
| 15MoG | ASTM A692 (grado definido, sin código) | (JIS G3462) STBA 12 | — | — | 16Mo3 |
| 20MoG | ASTM A209/A209M T1a | (JIS G3462) STBA13 | — | — | — |
| 12CrMoG | ASTM A250 T2 | STBA20 | — | — | 13CrMo4-5 |
| 15CrMoG | ASTM A250 T12 | STBA22 | — | — | 13CrMoSi5-5 |
| 12Cr2MoG | ASTM A250 T22 | STBA24 | — | — | 10CrMo9-10 |
| 12Cr1MoVG | — | — | — | — | — |
| 12Cr2MoWVTiB | — | — | — | — | — |
| 12Cr3MoVSiTiB | — | — | — | — | 12CrMoV12-10 |
| 10Cr9Mo1VNb | ASTM A199/A199M T91 | STBA26 | — | — | X10CrMoVNb9-1 |
| 07Cr18Ni11Nb(Anterior. 1Cr19Ni11Nb) | 347H | SUS347H | X7CrNiNb18-10 (1.4912) | — | X7CrNiNb18-10 |
Parte 3: Norma GB 13396—2007 (Aceros inoxidables para equipos a presión)
| China (GB/YB) | Estados Unidos (ASTM) | Japón (JIS) | Europa (DIN/BS/NF EN) | Rusia (GOST) | ISO |
| 06Cr19Ni10(Anterior. 0Cr18Ni9) | A213 TP304 | SUS304 | X5CrNi18-10 (1.4301) | — | X5CrNi18-10 |
| 12Cr18Ni9(Anterior. 1Cr18Ni9) | — | — | X10CrNi18-8 (1.4310) | 12X18H9 | X10CrNi18-8 |
| 1Cr19Ni9 | TP304H | SUS304HTB | X6CrNi18-10 (1.4948) | — | X7CrNi18-9 |
| 022Cr19Ni10(Anterior. 00Cr19Ni10) | TP304L | SUS304LTB | X2CrNi19-11 (1.4306) | 03X18H11 | X2CrNi19-11 |
| 06Cr18Ni11Ti(Anterior. 0Cr18Ni10Ti) | TP321 | SUS321TB | X6CrNiTi18-10 (1.4541) | 08X18H10T | X6CrNiTi18-10 |
| 07Cr19Ni11Ti(Anterior. 1Cr18Ni11Ti) | TP321H | SUS321HTB | X6CrNiTi18-10 (1.4541) | 12X18H11T | X7CrNiTi18-10 |
| 06Cr18Ni11Nb(Anterior. 0Cr18Ni11Nb) | TP347 | SUS347TB | X6CrNiNb18-10 (1.4550) | 08X18H12Б | X6CrNiNb18-10 |
| 07Cr18Ni11Nb(Anterior. 1Cr19Ni11Nb) | TP347H | SUS347HTB | X7CrNiNb18-10 (1.4912) | — | X7CrNiNb18-10 |
| 06Cr17Ni12Mo2(Anterior. 0Cr17Ni12Mo2) | TP316 | SUS316TB | X5CrNiMo17-12-2 (1.4401) | — | X5CrNiMo17-12-2 |
| 07Cr17Ni12Mo2(Anterior. 1Cr17Ni12Mo2) | TP316H | SUS316HTB | X3CrNiMo17-13-3 (1.4436) | — | — |
| 0Cr18Ni12Mo2Ti | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | — | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1Cr18Ni12Mo2Ti | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | — | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 06Cr17Ni12Mo3Ti(Anterior. 0Cr18Ni12Mo3Ti) | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | 08X17H13M3T | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1Cr18Ni12Mo3Ti | TP316Ti | SUS316TiTB | X6CrNiMoTi17-12-2 (1.4571) | 08X17H13M3T | X6CrNiMoTi17-12-2 |
| 1Cr18Ni9Ti | TP321 | SUS321TB | X6CrNiTi18-10 (1.4541) | 12X18H10T | X7CrNiTi18-10 |
| 06Cr19Ni13Mo3(Anterior. 0Cr19Ni13Mo3) | TP317 | SUS317TB | — | — | — |
| 022Cr19Ni13Mo3(Anterior. 00Cr19Ni13Mo3) | TP317L | SUS317LTB | X2CrNiMo18-15-4 (1.4438) | 03X16H15M3 | X2CrNiMo 18-15-4 (1.4438) |
| 022Cr19Ni10N(Anterior. 00Cr18Ni10N) | TP304LN | SUS304LN | X2CrNiN18-10 (1.4311) | — | X2CrNiN18-9 |
| 06Cr19Ni10N(Anterior. 0Cr19Ni9N) | TP304N | — | X5CrNiN19-9 (1.4315) | — | X5CrNiN19-9 |
| 06Cr23Ni13(Anterior. 0Cr23Ni13) | TP309S | SUS309STB | X12CrNi23-13 (1.4833) | 10X23H13 | X12CrNi23-13 |
| 16Cr23Ni13(Anterior. 2Cr23Ni13) | — | SUS309TB | X15CrNiSi20-12 (1.4828) | 20X23H12 | — |
Parte 4: Normas GB 3531—1996 y GB/T 18984—2003 (aceros de baja-temperatura)
| China (GB/YB) | Estados Unidos (ASTM) | Japón (JIS) | Europa (DIN/BS/NF EN) | Rusia (GOST) | ISO |
| 16MnDR | A572/A572M Gr. 50 [345] | (JIS G3460) STPL380, (JIS G3464) STBL380 | E335 (1.0060) | 15XCHД | E355 |
| 15MnNiDR | Gr. 50 [345] | STPL380, STBL380 | E335 (1.0060) | 15XCHД | E355 |
| 09Mn2VDR | A572/A572M Gr. 42 [290] | STPL 450, STBL 450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
| 09MnNiDR | Gr. 42 [290] | STPL 450, STBL 450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
| 16MnDG | Gr. 50 [345] | STPL380, STBL380 | E335 (1.0060) | 15XCHД | E355 |
| 10MnDG | A283/A283M Gr. D | (JIS G3101) SS400 | S235JR (1.0038) | Ст3кп | E235A |
| 09DG | Gramo. do | SS330 | — | Ст2кп | — |
| 09Mn2VDG | A572/A572M Gr. 42 [290] | (JIS G3460) STPL 450, (JIS G3464) STBL 450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
| 06Ni3MoDG | Gr. 42 [290] | STPL 450, STBL 450 | E295 (1.0050) | 09Г2, 09Г2Д | E275 |
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