Descripción general
SA-213 T91es un acero de aleación de cromo-molibdeno, diseñado específicamente para servicio a alta-temperatura. Es uno de los grados más utilizados en la construcción de centrales eléctricas modernas y de alta-eficiencia. La designación "T" significa que es untubo sin costura.
Su principal ventaja es su excepcionalfuerza de fluencia(resistencia a la deformación bajo-exposición prolongada a altas tensiones y temperaturas) en comparación con grados anteriores como T22 (2,25Cr-1Mo).
Características clave y ventajas
Resistencia a altas-temperaturas:Puede funcionar continuamente a temperaturas del metal de hasta aproximadamente 625 grados (1157 grados F). Esto permite presiones y temperaturas de vapor más altas, lo que conduce a una mayor eficiencia de la planta de energía.
Excelente resistencia a la fluencia y a la rotura:Su microestructura está estabilizada para resistir la deformación y fallas durante largos períodos (100,000+ horas) a altas tensiones y temperaturas.
Buena resistencia a la oxidación y la corrosión:El contenido de cromo del 9 % proporciona una resistencia mucho mejor a la oxidación por vapor y a la corrosión en caliente (sulfidación) que los aceros de baja-aleación como T11, T12 y T22.
Buena resistencia a la fatiga térmica:Puede soportar las tensiones cíclicas inducidas por el calentamiento y el enfriamiento.
Soldabilidad:Es soldable, pero requiere un control estricto de los procedimientos y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).
Composición química (Norma ASTM A213/A213M)
La composición es fundamental para lograr las propiedades deseadas.
| Elemento | Composición (%) |
|---|---|
| Carbono (C) | 0.08 - 0.12 |
| Manganeso (Mn) | 0.30 - 0.60 |
| Fósforo (P) | 0,020 máx. |
| Azufre (S) | 0,010 máx. |
| Silicio (Si) | 0.20 - 0.50 |
| Cromo (Cr) | 8.00 - 9.50 |
| Molibdeno (Mo) | 0.85 - 1.05 |
| Vanadio (V) | 0.18 - 0.25 |
| Niobio (Nb) | 0.06 - 0.10 |
| Níquel (Ni) | 0,40 máx. |
| Aluminio (Al) | 0,02 máx. |
| Nitrógeno (N) | 0.030 - 0.070 |
¿Por qué estos elementos?
Cr y Mo:Proporciona fortalecimiento de solución sólida y resistencia a la corrosión.
V y Nb (Cb):Forme carburos y carbonitruros finos y estables que proporcionan la clavefortalecimiento de la precipitacióne inhibir el movimiento de dislocación a altas temperaturas.
N:Trabaja con V y Nb para formar carbonitruros fortalecedores y ayuda a estabilizar la microestructura.
Propiedades mecánicas (Norma ASTM A213/A213M)
| Propiedad | Requisito |
|---|---|
| Resistencia a la tracción | Mayor o igual a 585 MPa (85.000 psi) |
| Fuerza de producción | Mayor o igual a 415 MPa (60.000 psi) |
| Alargamiento | Mayor o igual al 20% (en 2 pulgadas o 50 mm) |
| Dureza | Menor o igual a 250 HBW (Brinell) o 265 HV (Vickers) |
Metalurgia y tratamiento térmico
Las propiedades superiores del T91 son el resultado directo de un proceso de tratamiento térmico específico:
Normalizando:Calentado a una temperatura alta (aproximadamente . 1040-1080 grados / 1900-1975 grados F) para formar una estructura de austenita homogénea y disolver los elementos de aleación.
Templado:Se enfría rápidamente (se enfría con aire) y luego se recalienta a una temperatura más baja (aproximadamente . 730-780 grados / 1350-1435 grados F). Esto templa la martensita y precipita los carburos y carbonitruros finos y fortalecedores de V, Nb y Cr.
La microestructura resultante esmartensita templada, que es excepcionalmente fuerte y estable a altas temperaturas.
Aplicaciones comunes
Las tuberías SA-213 T91 se utilizan en lasecciones de transferencia de calorde calderas y sobrecalentadores donde las temperaturas y presiones son más severas.
Tubos de sobrecalentador
Tubos recalentadores
Paneles de pared de agua(en áreas de alto-uso de calderas avanzadas)
Tuberías y cabezales de alta temperatura-(aunque normalmente se fabrican con la especificación de tubería equivalente,SA-335 P91)
Consideraciones de fabricación y soldadura
Trabajar con T91 requiere cuidados especiales:
Precalentamiento:Obligatorio para evitar el agrietamiento en frío. El precalentamiento típico es de 200 a 250 grados (400 a 480 grados F).
Consumibles de soldadura:Debe utilizar metales de aportación química coincidentes (p. ej., ER90S-B9 para TIG, E9015-B9 para SMAW).
Post-Tratamiento térmico de soldadura (PWHT): Absolutamente crítico.Debe realizarse dentro de un rango de temperatura específico (normalmente 730-760 grados/1350-1400 grados F) durante un tiempo suficiente para restaurar la microestructura y la dureza en la zona afectada por el calor (HAZ). No hacerlo puede provocar un fallo prematuro.
Enfriamiento controlado:Después de soldar, se debe dejar que el componente se enfríe lentamente hasta la temperatura de precalentamiento antes de PWHT.
Comparación con otros grados
frente a T22 (2,25Cr-1Mo):T91 es significativamente más fuerte. Esto permite paredes de tubo más delgadas, mejorando la transferencia de calor y reduciendo el estrés térmico y el peso.
frente a T92 / T911:Se trata de aceros avanzados con un 9 % de Cr con la adición de tungsteno (W) y boro (B), que ofrecen una resistencia a la fluencia aún mayor para las plantas ultra-supercríticas (USC) más avanzadas. T91 es un predecesor de estos grados.
Nota importante sobre la clasificación de "acero al carbono"
Si bien es común referirse al T91 como "acero para calderas", llamarlo"Acero carbono"es técnicamente un nombre inapropiado. es unacero de baja-aleacióncon una cantidad significativa de elementos de aleación (en total más del 10%). Los verdaderos aceros al carbono para calderas (como SA-210 A1/C) tienen un contenido mínimo de aleación y se utilizan para secciones de temperatura más baja, como paredes de agua y economizadores.
Resumen
SA-213 T91 es un material fundamental para la generación de energía térmica de alta-eficiencia. Su química optimizada y su tratamiento térmico controlado ofrecen una combinación incomparable de resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fluencia y resistencia a la corrosión para su clase, lo que la convierte en la aleación más utilizada para tuberías críticas de sobrecalentadores y recalentadores.
