Diferencias de rendimiento de las bridas hechas de diferentes materiales en ambientes de alta temperatura

El rendimiento de los materiales de brida en condiciones de alta temperatura varía significativamente en función de factores tales como:retención de resistencia, resistencia a la oxidación, resistencia al arrastramiento, estabilidad térmica, ycompatibilidad químicaA continuación se presenta una evaluación detallada basada en las categorías de materiales típicos.

1. Flancas de acero al carbono (por ejemplo, acero Q235, 20#)

El acero al carbono es generalmente adecuado para aplicaciones de baja a media temperatura. Su resistencia disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura.la resistencia al rendimiento del acero 20# disminuye de aproximadamente 245 MPa a temperatura ambiente a alrededor de 180 MPa a 400°CPor encima de los 450 °C, el material se vuelve cada vez más susceptible a la rugosidad de los granos debido a la esferoidización de la perlita, lo que puede conducir eventualmente a una falla de deslizamiento.

En términos de resistencia a la oxidación, el acero al carbono tiene un bajo rendimiento.la velocidad de oxidación puede ser cinco veces superior a la de 300 °CSi los compuestos de azufre o el vapor están presentes en el medio ambiente, la corrosión por oxidación se agrava aún más, limitando la fiabilidad del material en tales condiciones.

2. Flancas austeníticas de acero inoxidable (por ejemplo, 304, 316)

Los aceros inoxidables austeníticos se utilizan ampliamente en ambientes corrosivos a altas temperaturas debido a su resistencia superior a la oxidación y estabilidad térmica.El tipo 304 puede utilizarse a temperaturas de hasta aproximadamente 870°C, mientras que el 316L, que contiene molibdeno, mantiene una buena resistencia (resistencia al rendimiento ≥ 120 MPa) hasta 650°C.Su alto contenido de cromo (18 ‰ 20%) permite la formación de una capa pasiva densa de Cr2O3 que ralentiza significativamente la oxidaciónPor ejemplo, a 800 °C, la tasa de oxidación del 304/316 es más del 90% inferior a la del acero al carbono.

Sin embargo, los aceros inoxidables austeníticos no están exentos de limitaciones.donde los carburos de cromo se precipitan en los límites de los granosEste problema puede mitigarse mediante tratamientos de estabilización, como el uso de grados estabilizados con titanio como el acero inoxidable 321.

Por ejemplo, a 700 °C, la velocidad de deslizamiento aumenta considerablemente, lo que requiere una reducción de la tensión de diseño admisible.la tensión admisible del 316L puede bajar a sólo alrededor del 15% de su valor a temperatura ambiente.

3. Flancas de acero inoxidable dúplex (por ejemplo, 2205, 2507)

Los aceros inoxidables dúplex ofrecen un equilibrio entre resistencia y resistencia a la corrosión, lo que los convierte en una solución rentable en entornos de temperatura moderadamente alta que involucran medios agresivos.El tipo 2205 se utiliza normalmente a temperaturas de hasta 300 °C, mientras que 2507 puede utilizarse hasta 350°C. A 300°C, 2205 conserva una resistencia de rendimiento superior a 400 MPa, casi el doble que el acero inoxidable 304.

A pesar de sus ventajas de resistencia, los aceros dúplex son menos estables térmicamente que los grados austeníticos a temperaturas elevadas.la fase ferrítica es propensa al crecimiento de granos y a una menor resistencia al arrastreEsta pérdida acelerada de integridad mecánica limita su idoneidad para el servicio a altas temperaturas a largo plazo.

4. Flancas de acero de aleación de cromo-molibdeno (por ejemplo, 15CrMo, P91)

Los aceros de aleación Cr-Mo están diseñados específicamente para ambientes de alta temperatura y alta presión, como plantas de energía y sistemas de calderas.Su rendimiento mecánico en tales condiciones supera con creces el de los aceros de carbono y los aceros inoxidables estándar.

El acero 15CrMo, que contiene 1,5% de cromo y alrededor de 0,5% de molibdeno, es adecuado para temperaturas de servicio de hasta 550°C. A 500°C, mantiene una resistencia de rendimiento superior a 200 MPa.una aleación de alto rendimiento de 9%Cr1MoPor ejemplo, a 600 °C durante 100.000 horas, la resistencia a la rampa del P91 se mantiene en torno a 100 MPa,en comparación con sólo 40 MPa para el 15CrMo.

Estos materiales combinan resistencia a altas temperaturas con buena resistencia a la oxidación, lo que los hace adecuados para condiciones térmicas y de presión exigentes.

5. Flanges de aleación a base de níquel (por ejemplo, Inconel 625, Hastelloy C-276)

Las aleaciones a base de níquel representan el nivel más alto de rendimiento tanto en temperaturas extremas como en ambientes altamente corrosivos.mientras que el Hastelloy C-276 proporciona una excelente resistencia a la oxidación hasta 1200°CPor ejemplo, a 800 °C, Hastelloy C-276 tiene una resistencia de arrastramiento aproximadamente cinco veces mayor que la del acero inoxidable 316L.

Su excepcional resistencia a la corrosión se debe a su alto contenido de níquel (≥ 50%), cromo (20% 30%), y molibdeno (10% 16%).Esta combinación permite la resistencia a una amplia gama de mecanismos de degradaciónEn el caso de las aplicaciones químicas del carbón, por ejemplo, la corrosión por tensión es muy importante.donde los gasificadores funcionan a 650°C y contienen H2S y CO2, sólo las aleaciones a base de níquel pueden proporcionar un rendimiento confiable durante más de 20 años de vida útil.

Conclusión

En las aplicaciones de altas temperaturas, la selección del material para las bridas debe tener en cuenta no sólo los umbrales de temperatura, sino también el rendimiento mecánico a largo plazo y la resistencia a la corrosión.

• Acero de carbonoes económico pero limitado a temperaturas más bajas y entornos no corrosivos.

• Acero inoxidable austeníticoofrecen una mejor resistencia a la corrosión a altas temperaturas, pero son sensibles a la sensibilización y el arrastramiento.

• Acero inoxidable duplexproporcionan una alta resistencia a temperaturas moderadas pero se degradan rápidamente a temperaturas elevadas.

• Aceros de aleación Cr-Moestán optimizados para el servicio a alta presión y alta temperatura con una fuerte resistencia al arrastramiento.

• Leguras a base de níquelofrecer un rendimiento inigualable en condiciones extremas, aunque a un costo significativamente más alto.

La evaluación cuidadosa de la temperatura de funcionamiento, la presión y la composición del medio es esencial para seleccionar el material de brida adecuado para garantizar la seguridad, la durabilidad y la rentabilidad.