SA335-P91 VS SA335-P22

Con el desarrollo de la industria energética, la capacidad de las centrales térmicas es cada vez mayor, y están surgiendo nuevos aceros de aleación media y alta, como el acero martensítico resistente al calor ASME SA335-P91 y el acero perlítico resistente al calor ASME SA335-P22.

Comparación de la composición química y las propiedades mecánicas de los aceros SA335-P91 y SA335-P22:

Composición química (%):

Grade	C	Si	Mn	Cr	Mo
SA335-P91	0.08～0.13	0.05～0.20	0.30～0.60	8.00～9.50	0.85
SA335-P22	≤0.15	≤0.50	0.30～0.60	1.90～2.60	0.78～1.13

Propiedades mecánicas:

Grade	Yield Strength(min) (Mpa)	Tensile Strength(min) (Mpa)	Elongation(min)(%)	Hardness(max)(HB)
SA335-P91	415	585	20	250
SA335-P22	205	415	30	163

El SA335-P22 es un acero perlítico resistente al calor con alta resistencia al calor, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión, y su temperatura de transformación martensítica es de 430 °C a 450 °C. El SA335-P91 es un acero martensítico resistente al calor cuya estructura se encuentra en el límite M-F, lo que le confiere mayor resistencia al calor, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión que el anterior.

Problemas de soldadura de aceros diferentes: SA335-P91 y SA335-P22
1. Cuanto mayor sea el contenido de aleación, más fácil será formar una estructura endurecida.
El Cr, el Mo y el V presentes en el acero hacen que la curva C se desplace considerablemente hacia la derecha, lo que aumenta su templabilidad. Durante el proceso de enfriamiento posterior a la soldadura, se genera una estructura frágil martensítica en la zona de soldadura y en la zona afectada por el calor, y en el lado de alta aleación, la tendencia al agrietamiento en frío de la soldadura y el área cercana a la costura es mayor.

2. Migración de carbono bajo altas temperaturas a largo plazo
En las uniones que operan en la zona afectada por el calor y a altas temperaturas, debido a la gran diferencia en la composición química de la zona de fusión, ambos lados de esta son propensos a la carbonatación y la descarburación. El lado de alta aleación se carboniza intensamente, produciendo carburos gruesos, mientras que el lado de baja aleación se desorbe severamente. El carbono forma una banda F ancha y de baja resistencia que genera una unión frágil de baja resistencia.

3. Reblandecimiento de la zona afectada por el calor
Durante el proceso de soldadura, el metal base se calienta hasta una zona de revenido cerca de Acl, donde los productos de descomposición de la austenita (A), los carburos polimerizados y una gran cantidad de ferrita, desde martensita hasta perlita, se encuentran extremadamente próximos. El estado recocido del acero se denomina zona de reblandecimiento. Bajo la carga de alta temperatura a largo plazo, la resistencia permanente y la plasticidad de esta área se reducen considerablemente, y la profundidad de la capa reblandecida es proporcional al tiempo que permanece cerca de Acl.

Métodos de solución:
1. Prevención de grietas en frío
El precalentamiento previo a la soldadura, el control de la temperatura entre capas y la reducción de la energía de la línea permiten reducir la tensión térmica de la soldadura y la tensión residual posterior a la soldadura. Mantener la temperatura de la pieza de trabajo por encima de la temperatura de transformación de la martensita durante la soldadura y evitar la transformación de la austenita en el cuerpo para prevenir la formación de estructuras endurecidas. Seleccionar electrodos con bajo contenido de hidrógeno y procesos de soldadura adecuados.

2. Superar y reducir la migración de carbono y la profundidad de ablandamiento
Se selecciona un electrodo con una composición química intermedia o una zona de transición en el metal de soldadura para controlar los parámetros del proceso de tratamiento térmico y evitar el aumento de la migración de carbono y el ensanchamiento de la banda de ablandamiento debido a temperaturas excesivas.

Escenarios de aplicación:
Acero SA335-P91: Se utiliza principalmente para calentar tuberías de superficie, economizadores, sobrecalentadores, recalentadores y otros componentes de calderas de alta presión. Gracias a su excelente rendimiento a altas temperaturas y tenacidad, el acero P91 se ha utilizado ampliamente en calderas de centrales eléctricas supercríticas y ultrasupercríticas. Es especialmente adecuado para la fabricación de cabezales de calderas y tuberías principales de vapor con temperaturas de pared metálica ≤600 °C.

Acero SA335-P22: Se utiliza principalmente para calentar tuberías superficiales de calderas de baja y media presión, así como en algunas aplicaciones de baja presión. Gracias a su buen rendimiento de proceso y a su excelente capacidad de soldadura, el acero P22 se utilizó ampliamente en unidades subcríticas en el pasado, pero su baja resistencia a altas temperaturas es adecuada para aplicaciones a bajas temperaturas.

Diferencias entre los tubos de acero sin costura P91 y P22:

1. Diferencia de rendimiento
Resistencia: El límite elástico a temperatura ambiente del acero P91 duplica al del acero P22, y su resistencia a la tracción es un 41 % superior. Por debajo de 650 °C, la tensión admisible del acero P91 es superior a la del acero P22. A 550 °C y 105 h, la resistencia a la fluencia del acero P91 es casi el doble que la del acero P22.

Antioxidación: El acero P91 contiene más cromo, etc., y presenta una mejor resistencia a la oxidación que el acero P22, pudiendo formar una película de óxido más densa y firme a altas temperaturas.

Rendimiento de soldadura: Ambos tienen un buen rendimiento de soldadura, pero el acero P91 es sensible a las grietas de tipo IV en la soldadura. Es necesario tomar medidas adicionales para garantizar la calidad durante la soldadura, como el control de la temperatura del tratamiento térmico, ya que el proceso de soldadura es relativamente complejo.

2. Diferencias de uso
Tubería de acero sin costura P91: Se utiliza principalmente en sobrecalentadores y recalentadores de alta temperatura de calderas subcríticas y supercríticas con temperaturas de pared ≤625 ℃, así como en colectores de alta temperatura y tuberías de vapor con temperaturas de pared ≤600 ℃. También se puede utilizar en intercambiadores de calor de centrales nucleares, tubos de hornos de unidades de craqueo de petróleo, etc., siendo adecuada para entornos de alta temperatura y alta presión.

Tubería de acero sin costura P22: Se utiliza en calderas, intercambiadores de calor y tuberías de suministro de fluidos en refinerías de petróleo, calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor, condensadores, tubos catalíticos, etc., en empresas químicas, así como en algunos sistemas de tuberías que requieren resistencia a la corrosión. La temperatura de trabajo es generalmente inferior a la de las tuberías de acero P91, y la temperatura máxima de trabajo es de aproximadamente 580 ℃ - 590 ℃.

Relación entre SA335-P91 y T22:
SA335-P91 es el grado de acero estándar ASME SA-335/SA-335M (tubería de acero de aleación ferrítica sin costura para altas temperaturas). El acero P91 es un nuevo tipo de acero resistente al calor que se fabrica añadiendo V, Nb, N y otros elementos al acero P9 (9Cr-1Mo). Se puede utilizar para fabricar cabezales de calderas, tuberías principales de vapor, etc., con temperaturas de pared metálica ≤ 600 °C.

T22 pertenece a la norma ASTM SA213, que se utiliza específicamente para tuberías de acero de aleación ferrítica y austenítica sin costura para calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor. La composición química y el rendimiento de T22 y P22 son similares. T22 se utiliza principalmente para la superficie de calentamiento de la caldera, que debe estar en contacto directo con los gases de combustión, por lo que el material debe tener buena resistencia a altas temperaturas y a la corrosión. P22 se utiliza para conectar tuberías.

Equivalente al material 10CrMo910 estándar alemán, el material T22 combina las ventajas de la ferrita y la austenita, ofreciendo alta resistencia y buena tenacidad, además de excelente resistencia a altas temperaturas y a la corrosión. El T22 corresponde al grado de acero 12Cr2MoG (estándar GB5310) en China.

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