Este artículo trata de cómo pedir un conjunto de espárragos para la tapa de una retorta que trabaje con calor sostenido, no de elegirlo por una sola cifra de temperatura. La temperatura del metal, el tiempo de permanencia, el estado del espárrago y el ensayo que acredita ese estado deben indicarse conjuntamente. Un espárrago pedido como 800 convencional cuando el diseño se basaba en 800H tiene el mismo aspecto a la entrega, pero falla años antes de lo previsto en servicio.
La tapa de una retorta forma una unión de estanqueidad que trabaja en caliente. Sus espárragos soportan la carga de la tapa durante todo el ciclo; la junta, la longitud del espárrago y el procedimiento de reapriete se determinan a partir de esa carga sostenida, no del tamaño de un perno a temperatura ambiente.
Figura: tapa de retorta con 800H; el alargamiento lento reduce la fuerza de asentamiento. La composición de 800H y 800HT es distinta y los valores de rotura son representativos, no límites de diseño.
01 El fallo por fluencia lenta se desarrolla gradualmente
Bajo una carga constante a alta temperatura, un espárrago se deforma lenta y permanentemente. Cada hora en caliente añade un pequeño alargamiento que no se recupera al enfriar. A lo largo de miles de horas, ese alargamiento se acumula, la precarga disminuye y la tapa que sellaba al inicio de la campaña empieza a fugar antes de que esta termine. La pérdida de carga correspondiente es la relajación de tensiones: la página técnica de Bolt Science sobre la relajación de tensiones describe una disminución de la precarga sin giro del elemento de fijación, por lo que una unión puede perder fuerza de apriete a temperatura de servicio aunque ninguna tuerca haya girado.
Por eso, un espárrago de tapa de retorta debe especificarse por su estado metalúrgico para resistir la fluencia lenta, no solo por el nombre de la aleación. El boletín de Special Metals sobre INCOLOY 800H/800HT ofrece valores representativos de resistencia a la rotura por fluencia para 800H y 800HT que descienden de 90 MPa a 650°C a 5.5 MPa a 980°C para 100,000 horas. Son valores representativos del boletín, no mínimos ni límites de diseño; las tensiones admisibles de los códigos son inferiores. El mismo boletín explica el mecanismo que hay detrás de las cifras: las composiciones controladas y el recocido de solubilización están concebidos para obtener propiedades óptimas de resistencia a la rotura por fluencia, y el grano grueso reduce al mínimo el deslizamiento de los límites de grano durante la fluencia.
| Temperatura | Resistencia representativa a la rotura por fluencia en 100,000 horas |
|---|---|
| 650°C | 90 MPa |
| 705°C | 55 MPa |
| 760°C | 37 MPa |
| 815°C | 26 MPa |
| 870°C | 17 MPa |
| 925°C | 8.3 MPa |
| 980°C | 5.5 MPa |
Los valores típicos del boletín para chapa recocida muestran lo mismo: el límite elástico desciende de 150 MPa a temperatura ambiente a 93 MPa a 650°C, y la resistencia a la tracción pasa de 536 MPa a 378 MPa en ese mismo intervalo. Son valores típicos de chapa, no mínimos de barra, y muestran por qué un espárrago dimensionado únicamente con un valor a temperatura ambiente no mantendrá la carga de sellado durante toda una campaña.
- Indique la temperatura del metal en el espárrago: no solo la consigna del horno, ya que el espárrago de la brida de la tapa puede trabajar a menor temperatura que el interior de la retorta, o a mayor temperatura si el aislamiento o un elemento calefactor alteran las condiciones locales.
- Indique el tiempo de permanencia y la vida de diseño en horas: una retorta que permanece a 800°C durante 10,000 horas somete sus espárragos a unas condiciones distintas de otra que permanece a 650°C durante 100,000 horas, aunque ambas se describan como servicio a alta temperatura.
- Indique el número de ciclos: cuántos calentamientos y enfriamientos debe soportar el conjunto, además de la permanencia prolongada en caliente.
02 800, 800H y 800HT no son denominaciones intercambiables
El Incoloy 800 convencional, UNS N08800, tiene un contenido máximo de carbono del 0.10%, sin límite inferior ni requisito de tamaño de grano. El boletín de Special Metals sobre INCOLOY 800H/800HT recoge los antecedentes: al material Grade 1, recocido a aproximadamente 1800°F (980°C), se le asignaban tensiones de diseño hasta 1100°F (593°C), mientras que al material Grade 2, recocido a aproximadamente 2100°F (1150°C), se le asignaban hasta 1500°F (816°C). Esa temperatura de recocido marca la diferencia entre una aleación de uso general a alta temperatura y una aleación destinada a resistir la fluencia lenta.
Incoloy 800H, UNS N08810, fija el carbono en 0.05–0.10% y exige un tamaño de grano medio ASTM 5 o más grueso, obtenido mediante recocido a alta temperatura, aproximadamente 2100°F (1150°C). El aluminio y el titanio se controlan individualmente en 0.15–0.60% cada uno, con un intervalo combinado de aluminio más titanio de 0.30–1.20%. Incoloy 800HT, UNS N08811, restringe aún más la composición: carbono 0.06–0.10%, aluminio 0.25–0.60%, titanio 0.25–0.60% y un intervalo combinado de aluminio más titanio de 0.85–1.20%, con ese límite inferior obligatorio, un tratamiento térmico mínimo de 2100°F (1149°C) y el mismo requisito de grano ASTM 5 o más grueso. El boletín es explícito sobre la certificación: todo material suministrado como 800HT cumple los requisitos de 800H, pero el resto del material fabricado conforme a UNS N08810 no puede certificarse como UNS N08811 a menos que cumpla los requisitos adicionales de esa designación.
La advertencia sobre sustituciones se deduce directamente: si la retorta se diseñó con datos de fluencia lenta de 800H y el proveedor entrega 800 convencional, el certificado seguirá indicando níquel-hierro-cromo y los espárragos seguirán teniendo el aspecto correcto, pero su vida frente a la fluencia no será la prevista.
- Identifique el número UNS en el pedido: N08800, N08810 o N08811, nunca solo la denominación 800.
- Registre el intervalo de carbono y los controles de aluminio y titanio: el intervalo de carbono, los intervalos individuales de aluminio y titanio para 800H, o el límite inferior combinado de aluminio más titanio únicamente para 800HT.
- Fije en el pedido el requisito de tamaño de grano y el recocido: ASTM 5 o más grueso, con el registro de recocido; exija que esos datos figuren en el certificado, no solo el nombre de la aleación.
- Verifique el estado con los ensayos adecuados: el informe de tamaño de grano, el análisis del certificado de colada y el registro de recocido; no basta con un ensayo de tracción a temperatura ambiente.
03 Aleaciones candidatas y límites de cada una
Incoloy 800H, UNS N08810, en barra según ASTM B408, es el punto de partida para una tapa de retorta cuando predominan el calor sostenido y la fluencia lenta. Los requisitos a temperatura ambiente deben comprobarse frente a la edición aplicable de ASTM B408 y al estado especificado de la barra. Los mínimos de piezas forjadas de ASTM B564 no son los mínimos de barra de B408 ni constituyen la base de dimensionamiento de un espárrago mecanizado a partir de barra. La campaña en caliente debe comprobarse frente a los datos de rotura por fluencia correspondientes a la temperatura y la vida reales.
| Aleación candidata | UNS y forma | Aplicación en una tapa de retorta | Límite que debe vigilarse |
|---|---|---|---|
| Incoloy 800H | UNS N08810, barra según ASTM B408 | Calor sostenido y carga de tapa cuyo criterio determinante es la fluencia lenta | El carbono, el grano y el recocido deben figurar en el certificado; verifique el estado especificado de la barra B408 por separado de la evaluación de fluencia lenta en servicio en caliente |
| Incoloy 800HT | UNS N08811, barra según ASTM B408 | Máxima resistencia a la rotura por fluencia cerca de 980°C | Intervalo combinado de aluminio más titanio de 0.85–1.20%, con ese límite inferior obligatorio; indique la especificación en el pedido |
| Inconel 601 | UNS N06601, barra según ASTM B166 | Servicio con oxidación cíclica | El valor típico del boletín para una deformación por fluencia del 1% a 760°C en 1000 horas es de solo unos 28 MPa, y la temperatura orientativa de selección por oxidación es de unos 1200°C; no es un sustituto equivalente de 800H frente a la fluencia lenta |
| 310S | UNS S31008, barra según ASTM A479 | Tapas económicas, sin ciclos térmicos y con cargas menores | Orientación de resistencia a la oxidación hasta unos 1050°C, con susceptibilidad a la fragilización en servicio continuo a 600–900°C; no es un espárrago para carga sostenida de retorta en el extremo superior de ese intervalo |
Para 310S, la ficha de aceros inoxidables de la gama Therma de Outokumpu describe Therma 310S/4845, UNS S31008, como un grado austenítico resistente al calor con muy buena resistencia a la oxidación, cuyo uso resulta más adecuado a temperaturas de hasta 1050°C, con una ligera susceptibilidad a la fragilización durante el funcionamiento continuo entre 600–900°C.
La dilatación exige una segunda comprobación. El boletín de Special Metals sobre INCOLOY 800H/800HT indica un coeficiente medio de dilatación térmica que aumenta de unos 14.4 µm/m·K a 100°C a unos 18.0 µm/m·K a 800°C. Frente a una brida de acero al carbono o de baja aleación con un valor de unos 13.0 µm/m·K, la diferencia es de aproximadamente 1.4–5.0 µm/m·K en ese intervalo. Con una longitud de sujeción de 100 mm y un aumento de 20°C a 800°C, esa diferencia por sí sola supone aproximadamente 0.11–0.39 mm de movimiento relativo. El pedido debe indicar la aleación real de la brida y la temperatura del espárrago, ya que una unión dimensionada solo en frío no conservará su fuerza de asentamiento en caliente.
ASTM B408, ASTM B166 y ASTM A479 son normas de barras, no especificaciones de espárragos terminados. El pedido también debe indicar las dimensiones del espárrago terminado para uniones embridadas según ASME B16.5, un perfil de rosca de raíz redondeada como UNR o UNJ, si las roscas se laminan antes o después del recocido final de solubilización, y la tuerca y arandela correspondientes. Un certificado de barra por sí solo no demuestra que el espárrago terminado y roscado cumpla las condiciones de carbono, grano y recocido en las que se basó el diseño de la retorta.
04 Carga de sellado, junta y conjunto recibido
Un conjunto de espárragos para tapa de retorta debe dimensionarse primero para la carga de sellado y después comprobarse frente a la fluencia lenta, no al revés. Indique la carga de la tapa, la carga de asentamiento de la junta, el círculo de pernos y el número de espárragos: un conjunto de 800H que cumpla las condiciones de fluencia pero sea insuficiente para la carga de la tapa no sellará, y uno mayor que sí selle puede no caber en la retorta. Indique la temperatura del espárrago por separado de la temperatura del horno, junto con el tipo y la disposición de las juntas, el tipo de arandela y si el procedimiento incluye reapriete a temperatura de servicio: una junta que pierde carga por fluencia necesita un plan de reapriete, no solo un apriete inicial.
Especifique por separado la aleación, el UNS y el estado de la tuerca: una tuerca sin especificar modifica el comportamiento frente a la fluencia lenta, el riesgo galvánico y el riesgo de gripado. Indique el lubricante aprobado y la secuencia de apriete alrededor de la tapa; durante la parada de mantenimiento, inspeccione los espárragos desmontados por posición: alargamiento permanente, estricción, daños por fluencia en la raíz de la rosca y cualquier espárrago que haya tenido que cortarse para retirarlo. Un espárrago alargado apunta a un problema local de temperatura, carga u holgura; un conjunto alargado en todas las posiciones apunta a un estado inadecuado para resistir la fluencia o a una descripción incorrecta de la temperatura.
Antes de realizar el pedido, envíe al equipo de ingeniería de BYBOLT el plano de la retorta, la carga de la tapa, la temperatura y la vida de servicio, y el estado del espárrago para su comprobación. Esa revisión permite detectar un conjunto de 800H pedido como 800 convencional, una combinación con tuerca que cambia las condiciones de la unión o una longitud de espárrago que asienta la junta en un lado de la tapa pero no en el otro.
A la recepción, la documentación de calidad de BYBOLT debería vincular cada conjunto de espárragos con su colada, su registro de recocido de solubilización, su informe de tamaño de grano y su informe de dureza en el estado final. Solicite certificados EN 10204 3.1, un informe dimensional de los espárragos reales y un informe de PMI cuando el proyecto lo requiera. La documentación de recepción debe acreditar el espárrago terminado y roscado, ya que el diseño de la retorta se basó en las condiciones de carbono, grano y recocido de ese espárrago, no solo en la barra.
| Qué definir antes del pedido | Por qué influye en la unión | Documento que debe solicitarse |
|---|---|---|
| Temperatura del metal, tiempo de permanencia y vida de diseño | Determinan los datos de rotura por fluencia, no la resistencia a temperatura ambiente | Ficha de la retorta, especificación de temperatura y vida de servicio |
| UNS, carbono, aluminio y titanio individuales (o aluminio más titanio combinados para 800HT), tamaño de grano y recocido | El 800 convencional se parece al 800H, pero no se comporta como el 800H frente a la fluencia lenta | Certificado de colada con carbono, aluminio y titanio individuales (aluminio más titanio combinados para 800HT), informe de tamaño de grano y registro de recocido |
| Carga de la tapa, círculo de pernos y número de espárragos | Un conjunto insuficientemente dimensionado no sellará, sean cuales sean los datos de fluencia | Cálculo de la carga de la tapa y plano de la retorta |
| Conjunto de juntas, arandela y procedimiento de reapriete | La relajación por fluencia requiere un plan de reapriete | Especificación de la junta y procedimiento de apriete |
| Aleación, UNS y estado de la tuerca | Una tuerca sin especificar modifica los riesgos de fluencia, corrosión galvánica y gripado | Norma y estado de la tuerca en el certificado |
| Lista de conjuntos y registros | Mezclar conjuntos en una tapa impide reconstruir un historial verificable después de una fuga | Lista de conjuntos por posición de la tapa, certificados EN 10204 3.1 y PMI cuando se especifique |
05 Solicite una oferta con los datos de la retorta, no solo con el grado
Si se está redefiniendo la especificación de una tapa de retorta o se estudia sustituir un conjunto alargado por otro de 800H, envíe los datos de la retorta junto con las dimensiones. Una nota como «Conjunto de espárragos M20 de Incoloy 800H para tapa de retorta, temperatura del espárrago de 800°C pendiente de confirmar con la ficha de la retorta, vida de diseño de 10,000 horas, carbono 0.05–0.10%, grano ASTM 5 o más grueso, conjunto de 12 pernos» proporciona al equipo de ingeniería de BYBOLT lo necesario para comprobar fluencia, estado, carga y estanqueidad antes de ofertar. Incluso una foto de un espárrago desmontado que muestre alargamiento permanente o estricción ayuda a determinar si el último fallo se debió a fluencia, sobrecarga o una desviación de temperatura.
Una nota así, junto con el plano cuando exista, permite al equipo empezar sin una especificación completa: concretará con usted los datos pendientes de temperatura, vida de servicio y estado del material, y después ofertará un lote pequeño o un conjunto completo con trazabilidad EN 10204 3.1.