Degradación térmica se refiere al fenómeno por el cual el acero inoxidable pierde sus propiedades beneficiosas debido a una exposición prolongada a altas temperaturas. Este proceso supone un riesgo importante para los sistemas que emplean tubos de acero inoxidable y accesorios. La exposición prolongada a altas temperaturas altera fundamentalmente la estructura interna del metal, un cambio que disminuye la resistencia mecánica y reduce la resistencia a la corrosión.
¿Qué es la degradación térmica?
La degradación térmica NO es lo mismo que la fusión. En cambio, implica cambios metalúrgicos lentos dentro del metal sólido. Estos cambios se producen principalmente entre 400 ℃ y 900 ℃ (750 ℉ y 1650 ℉). La alta temperatura hace que ciertos elementos se muevan y precipiten. Este movimiento forma nuevas fases frágiles. En consecuencia, el metal pierde su dureza y ductilidad originales.
Qué hacemos
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Mecanismos clave de la degradación térmica
Múltiples mecanismos distintos provocan la pérdida de integridad del material. En condiciones de funcionamiento a altas temperaturas, estos procesos suelen producirse simultáneamente.
Formación de la fase Sigma
La fase sigma(σ) es un compuesto intermetálico frágil rico en cromo y molibdeno. Esta fase se forma lentamente en los aceros inoxidables austeníticos y dúplex. La fase σ suele formarse en un intervalo de temperaturas de 600°C a 900°C. Su formación reduce significativamente la tenacidad del material y aumenta el riesgo de fractura frágil por impacto.
Fragilización a 475 °C
Este fenómeno afecta principalmente a los aceros inoxidables ferríticos y dúplex. Cuando los materiales se exponen durante períodos prolongados a temperaturas cercanas a los 475 °C (885 °F), los átomos de cromo se acumulan dentro de la matriz metálica. Esta acumulación aumenta significativamente la dureza del material, pero al mismo tiempo hace que el acero sea extremadamente frágil a temperatura ambiente. Esta fragilidad plantea riesgos durante las operaciones de mantenimiento e inspección.
Precipitación de carburo
La precipitación de carburos se conoce comúnmente como sensibilización y afecta principalmente a los aceros inoxidables austeníticos como el 304. A temperaturas comprendidas entre 450 °C y 850 °C, los carburos de cromo se forman a lo largo de los límites de grano. Este proceso agota el cromo del metal circundante, haciendo que las regiones agotadas por el cromo pierdan su capa de pasivación, por lo que el acero se vuelve muy susceptible a la corrosión intergranular.
| Mecanismo | Grados afectados | Rango de temperatura | Efecto primario |
|---|---|---|---|
| fase σ | Austenítico, dúplex | 600 °C a 900 °C (1112 °F a 1650 °F) | Fragilidad grave |
| Fragilización a 475 °C | Ferrítico, dúplex | ≤ 475 °C (885 °F) | Aumento de la dureza, pérdida de ductilidad |
| Precipitación de carburo | Austenítico (304, 316) | 450 °C a 850 °C (840 °F a 1560 °F) | Susceptibilidad a la corrosión intergranular |
Efectos de la degradación térmica en los sistemas de tuberías
La fragilidad inducida por la fase σ limita la capacidad de flexión del material, lo que hace que el acero inoxidable sea propenso a agrietarse. Cualquier impacto mecánico inesperado puede provocar un fallo inmediato.
La sensibilización inducida por la precipitación de carburos reduce significativamente la resistencia a la corrosión. Las zonas afectadas se vuelven susceptibles a la erosión química, lo que provoca una corrosión prematura por picaduras y fallos en las tuberías de proceso.
La degradación térmica acorta la vida útil prevista de los equipos, lo que obliga a sustituir prematuramente los componentes y aumenta considerablemente los costes de mantenimiento a largo plazo.
Las averías en las líneas de alta presión o alta temperatura suponen un riesgo para la seguridad. Mantener la integridad estructural es esencial para un funcionamiento seguro.
Selección de materiales y mitigación
- Grados bajos en carbono:
Se recomiendan los grados 304L y 316L. La letra “L” a continuación del grado denota un bajo contenido de carbono, lo que minimiza la precipitación de carburo y reduce el riesgo de sensibilización durante la soldadura o el servicio a alta temperatura. - Grados estabilizados:
Las calidades 321 y 347 contienen elementos estabilizadores (titanio o niobio) que forman preferentemente carburos, impidiendo la formación de carburos de cromo nocivos. - Control de acero dúplex:
Los aceros dúplex requieren un estricto control de fabricación para limitar el contenido de ferrita, minimizando el riesgo de formación de la fase σ.
Estrategias de prevención en tuberías de alta temperatura
| Estrategia | Tipo de componente | Medidas de mitigación |
|---|---|---|
| Elección del material | Tuberías, accesorios, bridas | Utilice grados bajos en carbono (“L”) o estabilizados. |
| Soldadura | Juntas soldadas | Utilizar métodos especializados de soldadura con baja entrada de calor. |
| Tratamiento térmico | Componentes fabricados | Recocido de solubilización posterior a la soldadura para redisolver los carburos. |
| Diseño | Estructura del sistema | Evite tiempos de espera prolongados en rangos de temperatura críticos. |
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