Seleccionar el grado incorrecto de tubo de caldera no es un inconveniente en la adquisición: es una falla de ingeniería a punto de suceder. Los tubos de acero al carbono utilizados por encima de su límite de fluencia fallarán por degradación microestructural durante años de servicio. Los tubos de acero aleado especificados sin el PWHT adecuado pueden agrietarse en la ZAC de soldadura en cuestión de meses. Y sustituir un grado por un grado 'similar' sin verificar las tablas de tensión permitidas en ASME BPVC Sección II puede anular la certificación de un recipiente a presión.
ZC Steel Pipe fabrica tubos para calderas sin costura y tubos para intercambiadores de calor según ASTM A192, A210, A213 y ASME SA-106, en grados de acero al carbono y aleaciones de cromo-molibdeno. Suministramos a fabricantes de calderas, contratistas de plantas de energía y constructores de plantas petroquímicas en África, Medio Oriente y América del Sur. Esta guía cubre qué es cada grado, qué puede y qué no puede hacer y cómo seleccionar entre ellos para su solicitud.
CONTENIDO
Descripción general de los estándares de tubos de calderas
Tubos de caldera de acero al carbono: A192 y A210
Tubos de caldera de acero aleado — ASTM A213
A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (Modificado)
SA-106 Grado B — Tubería de acero al carbono sin costura para servicio de calderas
Tabla de comparación de calificaciones completa
Guía de selección de zonas de calderas
Requisitos de PWHT para grados de aleación
Preguntas frecuentes
1. Descripción general de las normas sobre tubos de calderas
ESTÁNDARES CLAVE — TUBO DE CALDERA ASTM A192: Tubos de acero al carbono sin costura para servicio de caldera de alta presión — pared mínima, bajo contenido de carbono.
ASTM A210: Tubos sin costura para calderas y sobrecalentadores de acero con contenido medio de carbono: Grados A-1 y C.
ASTM A213: Tubos sin costuras para calderas, sobrecalentadores y intercambiadores de calor de acero de aleación ferrítica y austenítica: cubre los grados T11, T22, T91 y muchos más.
ASME SA-106: Tubería de acero al carbono sin costura para servicio a alta temperatura: Grados A, B y C. El equivalente ASME BPVC de ASTM A106.
Los cuatro estándares son sin costuras: el tubo de caldera para el servicio de transferencia de calor prácticamente nunca se suelda, ya que la costura de soldadura representa una concentración de tensión y un sitio potencial de inicio de corrosión en un ambiente térmico cíclico. Los estándares difieren en el contenido de aleación, el nivel de resistencia y la temperatura máxima a la que el grado conserva una resistencia a la fluencia adecuada para ser seguro en un servicio de presión sostenida.
La línea divisoria en la selección de tubos para calderas suele ser la temperatura. Los grados de acero al carbono (A192, A210, SA-106) son apropiados para servicio hasta aproximadamente 450°C. Por encima de eso, la velocidad de fluencia del acero al carbono se vuelve inaceptablemente alta y se deben utilizar grados de baja aleación (A213 T11, T22). Por encima de aproximadamente 580 °C, se requieren grados avanzados de 9Cr (A213 T91) para los diseños modernos de calderas supercríticas y ultrasupercríticas.
2. Tubos de caldera de acero al carbono: A192 y A210
2.1 ASTM A192 — Pared mínima de acero al carbono
ASTM A192 es el grado de tubo para calderas más simple y económico. Es un tubo de acero al carbono sin costura de pared mínima con un contenido máximo de carbono del 0,18% y una resistencia a la tracción mínima de sólo 325 MPa (47 ksi). El bajo contenido de carbono mejora la soldabilidad y reduce el riesgo de precipitación de carburo en los límites de los granos durante el ciclo térmico.
El A192 se utiliza para tambores de calderas acuotubulares, tambores de lodo y tubos de pared de agua de baja temperatura en calderas industriales y de servicios públicos que funcionan por debajo de aproximadamente 425 °C. Su techo de baja resistencia significa que no es apropiado para servicio de sobrecalentador o recalentador en calderas modernas de alta presión.
2.2 ASTM A210 — Tubo de caldera de acero al carbono medio
ASTM A210 proporciona mayor resistencia que A192 gracias a un contenido de carbono y manganeso ligeramente mayor. Se produce en dos grados:
Grado A-1 : Tracción mínima 415 MPa (60 ksi), rendimiento mínimo 255 MPa (37 ksi). El grado más común para servicio de pared de agua, economizador y sobrecalentador inferior.
Grado C : Tracción mínima 485 MPa (70 ksi), rendimiento mínimo 275 MPa (40 ksi). Mayor resistencia para aplicaciones de calderas de acero al carbono más exigentes. Se especifica con menos frecuencia que A-1.
Nota de campo: A192 frente a A210 en adquisiciones En la práctica, A192 y A210 Grado A-1 a menudo se usan indistintamente para circuitos de economizadores y tubos de pared inferior de agua en calderas industriales por debajo de 400 °C. La diferencia en la resistencia a la tracción significa que el A210 puede alcanzar el espesor de pared requerido con un espesor de pared menor que el A192, lo que resulta útil cuando el peso del tubo importa. Sin embargo, algunos diseños de calderas más antiguos especifican A192 por su nombre y la sustitución requiere aprobación de ingeniería y un cálculo de código. Nunca sustituya grados en una caldera sin verificar la tensión permitida en ASME BPVC Sección II-D y obtener la documentación requerida.
3. Tubos de caldera de acero aleado: ASTM A213
ASTM A213 cubre una amplia gama de tubos de acero de aleación ferríticos (cromo-molibdeno) y austeníticos (inoxidables) sin costura para servicios de calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor. Los grados ferríticos se designan con el prefijo T (T11, T22, T91) y los grados austeníticos con TP (TP304, TP316, TP321, etc.).
El sistema de aleación de cromo-molibdeno (CrMo) es el caballo de batalla de la metalurgia de tubos de calderas de alta temperatura. Agregar cromo mejora la resistencia a la oxidación y la resistencia a altas temperaturas. Agregar molibdeno mejora la resistencia a la fluencia. Aumentar ambos, de T11 (1¼Cr-½Mo) a T22 (2¼Cr-1Mo) y T91 (9Cr-1Mo-V modificado), extiende progresivamente el techo de temperatura y mejora la vida útil a largo plazo.
4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
ASTM A213 T11
Aleación:
1¼Cr – ½Mo
Resistencia mínima:
415 MPa (60 ksi)
Rendimiento mínimo:
205 MPa (30 ksi)
Temperatura máxima de servicio:
~570°C continuo
Equivalente a ASME BPVC:
SA-213 T11
Número P (ASME):
P4
T11 es el grado de aleación de nivel básico para servicio de tubos de calderas por encima del límite de temperatura del acero al carbono. Proporciona una buena resistencia a la oxidación hasta aproximadamente 570 °C y una resistencia a la fluencia mejorada en comparación con el acero al carbono en el rango de 450 a 570 °C. T11 se usa comúnmente en tubos de salida de sobrecalentador, secciones de entrada de recalentador y circuitos de tubos de sobrecalentador de baja temperatura en calderas subcríticas y supercríticas.
T11 generalmente se puede soldar sin precalentamiento para paredes delgadas, pero requiere PWHT por encima de ciertos umbrales de espesor según ASME BPVC. Su contenido de 1¼Cr lo hace susceptible a la fragilización del temple si se enfría demasiado lentamente en el rango de 370 a 565 °C durante PWHT; se deben controlar las velocidades de enfriamiento del horno.
5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
ASTM A213 T22
Aleación:
2¼Cr – 1Mo
Resistencia mínima:
415 MPa (60 ksi)
Rendimiento mínimo:
205 MPa (30 ksi)
Temperatura máxima de servicio:
~580°C continuo
Equivalente a ASME BPVC:
SA-213 T22
Número P (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) ha sido la aleación más utilizada para el servicio de recalentadores y sobrecalentadores de calderas de alta temperatura durante décadas. Su mayor contenido de cromo y molibdeno en comparación con el T11 proporciona una mejor resistencia a la fluencia en el rango de 540 a 580 °C y una resistencia mejorada a la oxidación para la exposición al vapor y al fuego. T22 se utiliza para tubos de salida de sobrecalentador de alta temperatura, cabezales de salida de recalentador y cualquier circuito de tubo de caldera que funcione en el rango de temperatura subcrítica superior.
Información de ingeniería: T22 frente a T11: cuándo actualizar El punto de decisión práctico entre T11 y T22 suele ser la temperatura del metal del tubo, no solo la temperatura del vapor. En un sobrecalentador de caldera, la temperatura del metal del tubo puede ser entre 30 y 80 °C más alta que la temperatura del vapor en el interior, dependiendo del flujo de calor y el diámetro exterior del tubo. Si la temperatura de salida del vapor es de 540 °C, el metal del tubo puede alcanzar los 600 °C o más durante la carga máxima, colocándolo por encima del rango de fluencia confiable del T11. El enfoque conservador es utilizar T22 para cualquier tubo de sobrecalentador o recalentador con una temperatura esperada del metal del tubo superior a 540°C, no solo aquellos donde las temperaturas del vapor exceden ese umbral.
6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (Modificado)
ASTM A213 T91
Aleación:
9Cr – 1Mo – V (modificada)
Resistencia mínima:
585 MPa (85 ksi)
Rendimiento mínimo:
415 MPa (60 ksi)
Temperatura máxima de servicio:
~650°C continuo
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Número P (ASME):
P91
T91 es una aleación martensítica de 9Cr-1Mo modificada con vanadio, niobio y nitrógeno para mejorar drásticamente su resistencia a la fluencia en comparación con el grado 9Cr-1Mo sin modificar (T9). Su resistencia a la tracción mínima de 585 MPa y su rendimiento mínimo de 415 MPa (ambos significativamente más altos que T11 o T22) permiten paredes de tubo más delgadas para la misma clasificación de presión, lo que reduce las tensiones de los ciclos térmicos y mejora la eficiencia de la transferencia de calor.
T91 es el material estándar para diseños avanzados de calderas supercríticas (SC) y ultrasupercríticas (USC) donde las temperaturas del vapor superan los 580 °C. Se utiliza en tubos de salida de sobrecalentadores de alta temperatura, tuberías de recalentamiento caliente y cabezales de vapor de alta presión en calderas de centrales eléctricas modernas.
Punto crítico de ingeniería: T91 PWHT no es negociable. T91 debe tratarse térmicamente hasta alcanzar una condición normalizada y templada específica tanto en el molino (para cumplir con las propiedades mecánicas) como después de cualquier soldadura en campo o en taller. El PWHT requerido es una normalización a 1040–1080°C seguida de un templado a 730–800°C. Sin este PWHT, la zona afectada por el calor de la soldadura contendrá martensita sin templar, una microestructura muy dura y frágil que es susceptible al agrietamiento por hidrógeno y a la corrosión por tensión. Las fallas de campo de las soldaduras T91 casi siempre se deben a PWHT incorrecto u omitido. Este es el punto de control de calidad más crítico en la fabricación de tubos T91; no se puede omitir ni abreviar independientemente de la presión del cronograma.
7. SA-106 Grado B: Acero al carbono sin costura para servicio de calderas
ASME SA-106 (equivalente a ASTM A106) es una especificación de tubería de acero al carbono sin costura para servicio a alta temperatura. No es una especificación de tubos (cubre tuberías, no tubos) y se utiliza principalmente para cabezales de vapor, tuberías de conexión de calderas, líneas de agua de alimentación y tuberías principales de distribución de vapor, en lugar de para tubos de superficie de transferencia de calor. Los tres grados son:
Grado A : Tracción mínima 330 MPa (48 ksi). Rara vez se especifica: el grado B es la opción estándar.
Grado B : Tracción mínima 415 MPa (60 ksi), rendimiento mínimo 240 MPa (35 ksi). El grado dominante para tuberías de calderas y recipientes a presión.
Grado C : Tracción mínima 485 MPa (70 ksi). Se utiliza donde se necesita una presión más alta a temperatura ambiente o moderada.
SA-106 Grado B está limitado a aproximadamente 425–450 °C para un servicio sostenido de alta tensión debido a las limitaciones de fluencia del acero al carbono. Por encima de esta temperatura se debe utilizar el grado de aleación equivalente (tubo SA-335 P11 o P22).
8. Tabla comparativa de calificaciones completa
| Grado |
estándar |
Sistema de aleación |
Tensión mínima (MPa) |
Rendimiento mínimo (MPa) |
Temperatura máxima de servicio (°C) |
¿Se requiere PWHT? |
Número P |
| A192 |
ASTM A192 |
Acero al carbono (bajo C) |
325 |
180 |
~425 |
Dependiente del espesor |
P1 |
| A210 A-1 |
ASTM A210 |
Acero al carbono medio |
415 |
255 |
~450 |
Dependiente del espesor |
P1 |
| A210C |
ASTM A210 |
Acero al carbono medio |
485 |
275 |
~450 |
Dependiente del espesor |
P1 |
| SA-106B |
ASMESA-106 |
tubo de acero al carbono |
415 |
240 |
~450 |
Dependiente del espesor |
P1 |
| T11 |
ASTM A213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
Peso por encima del umbral |
P4 |
| T22 |
ASTM A213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Sí, siempre recomendado |
P5A |
| T91 |
ASTM A213 |
9Cr-1Mo-V (mod.) |
585 |
415 |
~650 |
Sí, obligatorio siempre |
P91 |
9. Guía de selección de zonas de calderas
Una caldera eléctrica tiene múltiples zonas de transferencia de calor, cada una con diferentes temperaturas de los tubos metálicos y, por lo tanto, diferentes requisitos de calidad. La siguiente tabla proporciona asignaciones de grados típicas para un diseño de caldera subcrítica y supercrítica:
| Zona de caldera |
Tubo Rango de temperatura de metal |
Grado de caldera subcrítico |
Grado supercrítico/USC |
| Economizador |
150 – 350°C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 |
| Paredes de agua |
300 – 450°C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1/T11 |
| sobrecalentador primario |
400 – 520°C |
A210 A-1/T11 |
T11/T22 |
| sobrecalentador secundario |
500 – 580°C |
T11/T22 |
T22 / T91 |
| Recalentador (pierna caliente) |
520 – 620°C |
T22 |
T91 |
| Salida/colectores del recalentador |
540 – 650°C |
T22 / T91 |
T91 |
Nota de adquisición: compra de tubos para calderas de una fábrica china Las fábricas chinas producen grandes volúmenes de tubos para calderas A192, A210 y A213 según las especificaciones completas de ASTM/ASME. El requisito práctico de adquisición es el mismo que para cualquier material de presión crítica: exija un certificado de prueba de material (MTC) completo según EN 10204 3.1 o 3.2 (según la especificación del proyecto), verifique que el número de calor en el MTC coincida con las marcas en el tubo y confirme que los registros PWHT estén incluidos para los grados de aleación. Específicamente para T91, solicite siempre la tabla del horno PWHT, no solo la confirmación de PWHT en el MTC, como evidencia de que el ciclo completo de normalización y templado se ejecutó correctamente. La inspección por parte de terceros en la fábrica (por SGS, Bureau Veritas o TÜV) es una práctica estándar para la adquisición de tubos críticos para calderas.
10. Requisitos PWHT para grados de aleación
| ¿Se requiere grado |
de precalentamiento (soldadura) |
PWHT? Riesgo clave |
de temperatura PWHT |
si se omite |
| A192 / A210 |
Normalmente no se requiere (pared delgada) |
Por código: depende del espesor de la pared |
595–650°C (alivio del estrés) |
Tensión residual, dureza HAZ |
| T11 |
150°C mín. para peso >13 mm |
Por código: depende del espesor de la pared |
675–750°C |
Fragilidad del temperamento, agrietamiento de la ZAT |
| T22 |
200°C mín. |
Muy recomendable siempre |
700–750°C |
Alta dureza HAZ, craqueo por hidrógeno |
| T91 |
200°C mín. — obligatorio |
Obligatorio - siempre |
Normalizar 1040–1080°C + Templar 730–800°C |
Martensita sin templar: fractura frágil en servicio |
11. Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre los tubos de caldera ASTM A192 y A210?
ASTM A192 es un tubo sin costura de pared mínima y bajo contenido de carbono con una tracción mínima de 325 MPa, el grado de tubo de caldera de acero al carbono más básico, utilizado para tambores de baja presión y servicio de pared de agua por debajo de 425 °C. ASTM A210 es un grado de carbono medio disponible en dos resistencias: Grado A-1 (tracción mínima de 415 MPa) y Grado C (tracción mínima de 485 MPa). A210 proporciona mayor resistencia que A192 y se utiliza para circuitos de tubos de pared de agua y sobrecalentadores de alta presión donde la resistencia adicional permite paredes más delgadas. Ambos grados comparten el mismo techo de temperatura máxima de servicio aproximado de 425 a 450 °C.
¿Qué es el tubo de caldera ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 es un tubo sin costura de acero de aleación martensítica modificada 9Cr-1Mo-V que se utiliza en aplicaciones de sobrecalentador y recalentador de alta temperatura en calderas supercríticas y ultrasupercríticas. Con una tensión mínima de 585 MPa y una temperatura máxima de servicio continuo de aproximadamente 650 °C, T91 supera a T11 y T22 tanto en resistencia como en resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas. Requiere PWHT obligatorio después de la soldadura (un ciclo de normalización y templado) y no realizarlo correctamente es la causa principal de fallas de soldadura T91 en servicio.
¿Cuál es la temperatura máxima para los tubos de calderas de acero al carbono?
Los tubos de caldera de acero al carbono (ASTM A192, A210, SA-106) no deben usarse para servicios de presión sostenida por encima de aproximadamente 425–450 °C. Por encima de este rango, el acero al carbono sufre una fluencia acelerada y es susceptible a la grafitización, un proceso en el que los carburos se disuelven y se forma grafito en los límites de los granos, lo que provoca fragilidad. Para servicio entre 450°C y 570°C, se debe especificar ASTM A213 T11. Para 570–580°C, T22 es apropiado. Para temperaturas superiores a 580°C, se requiere T91.
¿Cuál es la diferencia entre las designaciones ASME SA y ASTM A para tubos de calderas?
Las designaciones ASME SA y ASTM A se refieren a especificaciones de materiales técnicamente idénticas. ASME adopta las normas ASTM en su Código de calderas y recipientes a presión (BPVC), Sección II, y las vuelve a publicar como equivalentes SA con un requisito de certificación ASME adicional. SA-213 T91 y ASTM A213 T91 tienen los mismos requisitos químicos, propiedades mecánicas y tratamiento térmico: la designación SA significa que el material se produjo con la documentación de certificación ASME BPVC. Los fabricantes de calderas que trabajan según ASME BPVC Sección I o VIII deben especificar materiales SA, no materiales ASTM, para mantener el cumplimiento del código.
¿Se puede utilizar la tubería ASTM A106 como tubo de caldera?
ASTM A106 (o su equivalente ASME SA-106) es una especificación de tubería, no una especificación de tubo, y se utiliza para tuberías de conexión de calderas, cabezales de vapor y líneas de agua de alimentación, no para tubos de superficie de transferencia de calor (paredes de agua, sobrecalentadores, recalentadores, economizadores). Para superficies de transferencia de calor, se requieren especificaciones de tubo específicas (A192, A210, A213) con tolerancias dimensionales más estrictas y combinaciones OD/WT apropiadas. SA-106 Grado B se puede utilizar para servicio de tuberías de calderas hasta aproximadamente 450 °C dentro de las tensiones permitidas definidas en ASME BPVC Sección II-D.
¿Qué es PWHT y cuándo se requiere para los tubos de calderas de aleación?
PWHT (Tratamiento térmico posterior a la soldadura) es un ciclo térmico controlado que se aplica después de la soldadura para aliviar la tensión residual y restaurar la tenacidad en la zona afectada por el calor. Para T11, es posible que se requiera PWHT dependiendo del espesor de la pared, generalmente por encima de 13 mm. Para T22, se recomienda encarecidamente PWHT después de toda soldadura, independientemente del espesor. Para T91, PWHT siempre es obligatorio: una normalización a 1040–1080 °C seguida de un templado a 730–800 °C. Omitir o realizar incorrectamente T91 PWHT deja martensita sin templar en la HAZ de soldadura, una microestructura que es frágil y propensa a agrietarse en el servicio de ciclo térmico.
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