Comprender la gama de temperaturas del acero: Guía para un uso óptimo

El acero, un material versátil y ampliamente utilizado en diversas industrias, presenta diferentes propiedades y comportamientos en distintos rangos de temperatura. Comprender estas características dependientes de la temperatura es crucial para que ingenieros, fabricantes y diseñadores optimicen el rendimiento del acero en diversas aplicaciones. Esta completa guía explora los rangos de temperatura clave que afectan a las propiedades del acero y proporciona información sobre cómo aprovechar este conocimiento para un uso óptimo.

1. Temperatura ambiente (de 20°C a 100°C)

A temperatura ambiente, el acero presenta sus propiedades mecánicas estándar especificadas en las fichas técnicas de los materiales. Este rango es ideal para la mayoría de las aplicaciones cotidianas, en las que la resistencia, ductilidad y tenacidad del acero están bien equilibradas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que, incluso dentro de este rango, ligeras fluctuaciones de temperatura pueden afectar a la precisión en aplicaciones de gran exactitud.

Consideraciones clave:

• Ideal para la mayoría de aplicaciones estructurales y mecánicas
• Proporciona una referencia para comparar los cambios de propiedades a otras temperaturas.
• Adecuado para procesos de fabricación y unión estándar

2. Gama de temperaturas bajas (-50°C a 20°C)

A medida que la temperatura desciende por debajo de la temperatura ambiente, el acero suele volverse más resistente pero menos dúctil. Este fenómeno, conocido como fragilización a baja temperatura, puede afectar significativamente al rendimiento del acero en ambientes fríos.

Consideraciones clave:

• Mayor límite elástico y resistencia a la tracción
• Reducción de la ductilidad y la resistencia al impacto
• Mayor riesgo de fractura frágil, especialmente en zonas de gran tensión.
• Selección de los grados de acero adecuados (por ejemplo, aceros de baja temperatura) para aplicaciones criogénicas.

Buenas prácticas:

• Realizar pruebas exhaustivas de los materiales a las temperaturas de servicio previstas
• Aplicar factores de seguridad más estrictos en los cálculos de diseño.
• Considerar el uso de aceros aleados con níquel para mejorar la tenacidad a baja temperatura.

3. Rango de calor moderado (100°C a 450°C)

En este intervalo, el acero empieza a experimentar cambios notables en sus propiedades mecánicas. Aunque inicialmente la resistencia puede aumentar ligeramente debido al envejecimiento por deformación, una exposición prolongada puede provocar efectos de revenido y una disminución gradual del límite elástico.

Consideraciones clave:

• Potencial de fragilidad azul (fragilización por revenido) alrededor de 300°C
• Disminución gradual del límite elástico y del módulo elástico
• Mayor importancia de la resistencia a la fluencia para aplicaciones a largo plazo

Buenas prácticas:

• Tener en cuenta el límite elástico reducido en los cálculos de diseño
• Considere el uso de aceros resistentes al calor para exposiciones prolongadas.
• Aplicar procesos de tratamiento térmico adecuados para optimizar las propiedades

4. Gama de alta temperatura (450°C a 900°C)

A estas elevadas temperaturas, el acero experimenta importantes cambios microestructurales, lo que provoca alteraciones sustanciales en sus propiedades mecánicas. Este rango es crítico para los procesos de tratamiento térmico, pero puede ser perjudicial para la resistencia del acero en condiciones de servicio.

Consideraciones clave:

• Disminución drástica del límite elástico y la resistencia a la tracción
• Mayor ductilidad y conformabilidad
• Oxidación acelerada e incrustación
• Potencial de transformaciones de fase (por ejemplo, formación de austenita).

Buenas prácticas:

• Utilizar calidades de acero resistentes a altas temperaturas (por ejemplo, aceros inoxidables).
• Aplicar revestimientos protectores o atmósferas controladas para minimizar la oxidación.
• Diseño para reducir la capacidad de carga a temperaturas elevadas
• Aproveche la mayor formabilidad de los procesos de conformado en caliente

5. Gama de calor extremo (por encima de 900°C)

En los procesos de fabricación, tratamiento térmico y soldadura del acero se suelen alcanzar temperaturas superiores a 900°C. A estas temperaturas extremas, el acero se vuelve muy maleable y sufre importantes cambios microestructurales.

Consideraciones clave:

• El acero se vuelve austenítico, muy dúctil y fácilmente conformable.
• Puede producirse un rápido crecimiento del grano, lo que puede debilitar el material.
• Riesgo de fusión incipiente en los límites de grano
• Rango crucial para los procesos de tratamiento térmico (por ejemplo, austenitización, normalización).

Buenas prácticas:

• Controlar cuidadosamente el tiempo y la temperatura para conseguir las microestructuras deseadas
• Aplicar técnicas de enfriamiento rápido cuando sea necesario para refinar la estructura del grano.
• Utilizar fundentes y métodos de protección adecuados en la soldadura para evitar la oxidación.
• Considerar los efectos de los ciclos térmicos en las propiedades finales del acero.

Gama de temperaturas de uso del acero

Nota:

1. Restricciones de uso de A3F chapa de acero son los siguientes:

(1) no se utilizará para componentes presurizados con medios extremadamente peligrosos, altamente peligrosos o explosivos;

(2) la temperatura de uso es de 0~250℃;

(3) presión de diseño ≤0,6MPa;

(4) volumen del recipiente ≤10m3;

(5) para componentes principales presurizados (carcasa, cabeza conformada), espesor de chapa ≤12mm; para bridas, tapas de brida, etc., espesor de chapa ≤16mm.

2. Las restricciones de uso de la chapa de acero A3 son las siguientes:

(1) no se utilizará para componentes presurizados con medios extremadamente peligrosos, altamente peligrosos o gases licuados del petróleo;

(2) volumen del recipiente ≤10m3;

(3) para los principales componentes presurizados (carcasa, cabeza conformada): temperatura de uso 0~350℃; presión de diseño ≤1,0MPa; espesor de la chapa ≤16mm;

(4) para bridas, tapas de bridas, placas tubulares y componentes presurizados similares: temperatura de utilización >-20~350℃; presión de diseño ≤4,0MPa; P×Di≤2000 (D es el diámetro nominal en mm; P es la presión de diseño en MPa).

Cuando la temperatura de utilización es -20℃) y el espesor de la placa es ≥30mm, la tenacidad al impacto a temperatura ambiente de la placa de acero (longitudinal, probetas Charpy en forma de V, valor medio de tres probetas por grupo) no será inferior a 27J.

3. Las restricciones de uso de la chapa de acero 16Mn son las siguientes:

(1) las chapas de acero sin inspección adicional o garantía de los requisitos de tenacidad al impacto a temperatura ambiente no se utilizarán para componentes principales presurizados de recipientes a presión;

(2) cuando se utiliza para bridas, tapas de bridas, placas tubulares y componentes presurizados similares, las restricciones de uso son las mismas que las del acero A3;

(3) tras la inspección o reinspección, si se garantiza la tenacidad al impacto a temperatura ambiente (probetas Charpy longitudinales en forma de V, valor medio de tres probetas por grupo) no inferior a 27J, puede utilizarse como componente principal presurizado del recipiente a presión, y las restricciones de uso son las siguientes: a. temperatura de diseño 0~350℃; b. presión de diseño ≤2,5MPa; c. espesor de la chapa ≤30mm.

4. En la actualidad no existe ninguna norma de chapa o tubo de acero para 16Mo e INCOLOY 800, ni tampoco para 12CrMo, 15CrMo, 12Cr2Mo1 y 1Cr5Mo. El diseño puede referirse a las normas de acero extranjeras correspondientes.

5. Cuando la temperatura de uso a largo plazo del 16Mo supera los 475℃, debe considerarse la influencia de la tendencia a la grafitización. Por lo tanto, los componentes presurizados con tiempo de uso acumulado superior a 4 años deben ser revisados para grafitización.

6. La temperatura de uso a largo plazo del acero inoxidable austenítico ultrabajo en carbono superior a 425℃ provocará la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano, lo que dará lugar a la pérdida de resistencia a la corrosión intergranular.

7. Acero inoxidable ferrítico las chapas de acero (excluidas las chapas compuestas) con un contenido nominal de cromo ≥13% no se utilizarán como componentes principales presurizados de recipientes a presión con una presión de diseño ≥0,25MPa y un espesor de pared >6mm.

8. La temperatura mínima indicada en la tabla es el valor límite inferior de temperatura aplicable de esta norma (> -20℃).

9. La "temperatura máxima de oxidación" que figura en la tabla sólo es aplicable a componentes no sometidos a tensiones bajas.

Fuente: HGJ15-89 Código de diseño para la selección de materiales de recipientes de acero para productos químicos del Ministerio de Industria Química de la República Popular China.

Acero inoxidable resistente al calor Temperatura de uso