Dos espárragos pueden parecer iguales, tener la misma rosca y superar el mismo ensayo de tracción a temperatura ambiente, y aun así comportarse de forma muy distinta en un cabezal de pozo con H₂S. La diferencia no es el tamaño. Es cómo cada aleación responde al sulfuro de hidrógeno, los cloruros y un límite estricto de dureza al mismo tiempo.
Esta guía compara Inconel 718 e Incoloy 925 para el mismo trabajo: una conexión que soporta presión en servicio con H₂S, donde el espárrago debe mantener la carga, resistir la fisuración y llegar con un certificado que realmente corresponda a la tabla de servicio ácido con H₂S que declara cumplir.
La elección para servicio ácido con H₂S es primero una elección de estado y después de grado. La misma aleación en el estado incorrecto incumple la tabla aunque el nombre del certificado sea correcto; por ello, el pedido debe indicar el estado, la entrada de tabla y las pruebas de dureza, no solo el grado.
01. Defina el servicio antes del grado
- Identifique los cuatro valores del fluido. Presión parcial de H₂S, nivel de cloruros, temperatura en el espárrago y pH del fluido producido cuando se conozca. NACE MR0175 / ISO 15156 enumera aleaciones por estado y límites ambientales, no solo por nombre, por lo que afirmar que un grado es «conforme a NACE» sin esos valores es incompleto.
- Determine la carga después del asiento. Determine la carga que el espárrago aún debe soportar una vez descontada la correspondiente al asiento de la junta. Un grado elegido solo por corrosión puede ser demasiado débil para la carga, y uno elegido solo por resistencia puede agrietarse en su fluido.
- Registre la regla de reutilización. Decida si se reutilizan los espárragos en la parada de mantenimiento y bajo qué inspección. Un espárrago reutilizado tras servicio ácido con H₂S sin una regla de inspección indicada es un riesgo sin valorar que se traslada a la siguiente campaña.
02. Qué hace el H₂S a un espárrago de alta resistencia
La fisuración bajo tensión por sulfuros comienza con el hidrógeno. El sulfuro de hidrógeno en servicio húmedo libera hidrógeno en la superficie del metal y, bajo carga de tracción, ese hidrógeno ayuda a iniciar y propagar una grieta en una pieza dura y de alta resistencia, a menudo con poca deformación de aviso. El riesgo aumenta con la dureza, la tensión de tracción y el nivel de H₂S; por eso las normas de servicio ácido con H₂S limitan la dureza de muchas aleaciones.
La fisuración por corrosión bajo tensión por cloruros es un riesgo relacionado, pero independiente. Los cloruros en el agua producida o la salmuera, combinados con tensión de tracción, pueden agrietar una pieza a lo largo de límites de grano, especialmente donde queda fluido estancado bajo una tuerca o arandela. Las picaduras son el tercer patrón: una picadura pequeña bajo un depósito o en una raíz de rosca se convierte en concentrador de tensión y celda de corrosión local; la picadura, no la superficie general, determina la vida del espárrago.
Por tanto, un espárrago para servicio ácido con H₂S necesita tres cosas a la vez: resistencia suficiente, un estado de dureza controlada que resista la fisuración por sulfuros y suficiente cromo, molibdeno y níquel para resistir el ataque de cloruros. Ningún valor individual demuestra las tres.
03. Inconel 718: prioridad a la resistencia, con un límite que respetar
Inconel 718, UNS N07718, es una aleación níquel-cromo endurecida por precipitación. El endurecimiento por precipitación, la formación durante el envejecimiento de partículas diminutas que inmovilizan la estructura del metal y aumentan su resistencia, es lo que proporciona a 718 su alta resistencia a temperatura ambiente. El boletín técnico de Special Metals sobre Inconel alloy 718 describe alta resistencia a la rotura por fluencia hasta unos 700°C; por ello se elige 718 cuando un espárrago más pequeño debe soportar una carga elevada o cuando temperatura y presión no dejan margen para un grado menos resistente.
718 tiene dos estados, y el pedido debe mantenerlos separados. Su estado aeroespacial y general de alta resistencia, AMS 5662/5663, es de al menos 150 ksi (1035 MPa), mientras que su estado para servicio ácido con H₂S en yacimientos, API Spec 6ACRA (antes API 6A718) / NACE MR0175 / ISO 15156, es de al menos 120 ksi (827 MPa), con dureza dentro del intervalo de la entrada, habitualmente indicado como 32–40 HRC frente a fisuración bajo tensión por sulfuros, pendiente de confirmar frente a la entrada aplicable. Dimensione una unión para servicio ácido con H₂S con el intervalo de 718 de dureza controlada, normalmente 827–1034 MPa de límite elástico, no solo con el valor fijo aeroespacial envejecido. El envejecimiento aumenta la resistencia al aumentar la dureza, y las piezas más duras son más susceptibles a fisuración bajo tensión por sulfuros; por ello se necesitan tratamiento térmico con dureza controlada y un control de dureza por colada, no un certificado genérico.
Vigile dos límites más. Primero, el molibdeno no distingue 718 de 925: 718 contiene 2.8–3.3% de molibdeno frente a 2.5–3.5% de 925, prácticamente iguales, mientras que 625 contiene 8–10%. Frente a 925, la diferencia está en el estado, el control de dureza y la entrada de tabla aplicable, no en una ventaja de molibdeno; por tanto, en una rendija estancada muy rica en cloruros, 718 no es automáticamente la elección prioritaria por corrosión frente a 625. Segundo, un espárrago de 718 solicitado solo en estado solubilizado aún no ha alcanzado la resistencia envejecida. Indique el estado envejecido en el pedido y exija el registro de tratamiento térmico que lo demuestre.
04. Incoloy 925: menor resistencia, mayor margen en servicio ácido con H₂S
Incoloy 925, UNS N09925, es una aleación níquel-hierro-cromo endurecida por precipitación con molibdeno, cobre, titanio y aluminio, con 42–46% de níquel, 19.5–22.5% de cromo y 2.5–3.5% de molibdeno. Los mínimos de barra relevantes para un pedido de espárragos proceden de ASTM B637, según se indican en el boletín técnico de Special Metals sobre Incoloy alloy 925: para barra trabajada en caliente, con recocido de solubilización y envejecimiento, resistencia mínima a tracción de 965 MPa, límite elástico convencional mínimo al 0.2% de 758 MPa, alargamiento mínimo de 18%, reducción mínima de área de 25% y dureza de 26–38 HRC, pendientes de confirmar frente a la edición aplicable de ASTM B637. La variante trabajada en frío del mismo estado tiene un mínimo de límite elástico inferior de 724 MPa, lo que explica que las cifras principales de límite elástico de 925 difieran entre fuentes.
El proceso de tratamiento térmico de esos mínimos es un recocido de solubilización a 980–1040°C seguido de envejecimiento a 732–749°C y mantenimiento a 621°C, para un tiempo total de envejecimiento de 18 horas, pendiente de confirmar frente a la edición aplicable de ASTM B637. Los valores típicos del boletín para barra redonda envejecida superan los mínimos, con unos 1154 MPa de resistencia a tracción y 832 MPa de límite elástico con 32 HRC, pero los valores típicos no son mínimos y un pedido redactado con valores típicos no tiene criterio de ensayo fallido cuando una colada da resultados bajos.
Esa diferencia es donde las cifras principales inducen a error. Los valores publicados de dureza de 925 varían por estado y tabla, apareciendo 35, 38 y 40 HRC en distintas fuentes, y 965 MPa es el mínimo de resistencia a tracción, no una cifra de límite elástico. Un certificado que solo cite «965 MPa» no demuestra nada sobre el límite elástico. En el pedido, indique el estado y la entrada aplicable de la tabla ISO 15156-3, y exija que el informe de dureza corresponda a esa entrada, con la ubicación de ensayo indicada.
925 también necesita una comprobación de carga. Con un límite elástico mínimo de 758 MPa, un espárrago de 925 del mismo diámetro soporta menos carga que uno de 718 de dureza controlada con 827–1034 MPa de límite elástico, aunque la diferencia es menor de lo que sugiere comparar con el valor fijo aeroespacial de 1035 MPa. Si la unión se dimensionó para 718, sustituirlo directamente por 925 sin redimensionar el espárrago, la tuerca o el círculo de pernos puede dejar la junta con asiento insuficiente. Dimensione la unión para el grado realmente solicitado, no para el que sustituye. En términos sencillos, 925 cede parte de la resistencia de 718 para obtener un mejor equilibrio entre resistencia a fisuración en servicio ácido con H₂S y resistencia a cloruros, con menor contenido de níquel y menor coste que 718 en muchos tamaños.
05. Elija según la unión, en este orden
| Comprobación | Elija 718 cuando | Elija 925 cuando |
|---|---|---|
| Factor principal | Rigen la resistencia a alta temperatura y la carga elevada, y la unión no puede aumentar de tamaño | Rigen la resistencia a fisuración en servicio ácido con H₂S y la tolerancia a cloruros con una carga que 925 puede soportar |
| Temperatura | Rige la entrada de servicio ácido con H₂S de ISO 15156-3 para H₂S, cloruros, temperatura y pH; la resistencia a alta temperatura por sí sola no cualifica una unión para ese servicio | La temperatura está dentro de la entrada indicada de ISO 15156-3 para 925 y la resistencia a alta temperatura no es el factor principal |
| H₂S y cloruros | El servicio queda dentro de la entrada de tabla de 718, con dureza controlada | El servicio queda dentro de la entrada de tabla de 925, con dureza y estado indicados |
| Carga y tamaño | Se necesita un espárrago más pequeño y resistente para asentar la junta | La unión puede dimensionarse para el límite elástico de 925, o el tamaño existente ya proporciona margen suficiente |
| Alternativa si ninguno encaja | Inconel 625, UNS N06625, para uniones que priorizan corrosión y en las que basta la resistencia en estado recocido | Inconel 725, UNS N07725, alternativa solo para comprobación: confirme su dureza, temperatura y entrada de ISO 15156-3 antes de pedir |
Envíe el plano, los valores del fluido y el caso de carga al equipo de ingeniería de BYBOLT para una comprobación antes de pedir. Esa comprobación detecta a tiempo una discrepancia de tabla de dureza, una insuficiencia de carga por sustitución directa o una combinación con tuerca que no puede sostener el espárrago elegido.
En la recepción, la documentación de calidad de BYBOLT debe vincular cada juego de espárragos con su colada, su registro de tratamiento térmico y su informe de dureza. Un solo certificado que cubra coladas mezcladas, o un informe de dureza de barra en lugar de espárragos terminados, no demuestra conformidad para servicio ácido con H₂S de las piezas de la caja.
| Qué fijar antes del pedido | Por qué cambia la unión | Documento que debe solicitarse |
|---|---|---|
| Presión parcial de H₂S, cloruros, temperatura y pH | Determina qué entrada de tabla se aplica | Ficha del fluido para la unión real, no un valor genérico del yacimiento |
| Grado del espárrago y estado exacto | Los estados envejecido, solubilizado y trabajado en frío tienen límites distintos | Registro de tratamiento térmico, estado indicado en el certificado |
| Límite de dureza y ubicación de ensayo | Un límite principal sin entrada de tabla ni ubicación de ensayo demuestra poco | Informe de dureza por colada, con ubicación de ensayo indicada |
| Carga, tamaño del espárrago y compatibilidad de tuerca | Sustituir por un grado menos resistente del mismo tamaño puede dejar la junta con asiento insuficiente | Cálculo de carga de la unión, norma y estado de la tuerca |
| Dimensiones del espárrago terminado, perfil de rosca y nota de laminación | Un certificado de barra no especifica un espárrago terminado | Plano con ambos extremos acotados, fijaciones de brida conforme a ASME B16.5, perfil de rosca UNR o UNJ, roscas laminadas después del envejecimiento final, lubricante aprobado |
| Regla de reutilización | Un espárrago reutilizado tras exposición a servicio ácido con H₂S necesita una regla de inspección indicada | Criterios de inspección de espárragos reutilizados, indicados en el pedido |
Si se redefinen las especificaciones de una unión para servicio ácido con H₂S, o se considera un juego de 718 para sustituir a 925, envíe los valores de servicio junto con el tamaño. Una nota como «Juego de espárragos M20 de Incoloy 925 para brida de cabezal de pozo con H₂S, presión parcial de H₂S, cloruros y temperatura del espárrago pendientes de confirmar en la ficha, patrón de agujeros existente» proporciona al equipo de ingeniería de BYBOLT información suficiente para comprobar la entrada de tabla, la carga y la compatibilidad de tuercas antes de presupuestar. Incluso una fotografía de un espárrago retirado que muestre dónde comenzaron las picaduras o grietas ayuda a determinar si el último fallo fue un problema de dureza, cloruros o carga.
Esa nota, junto con el plano si dispone de él, basta para comenzar. El equipo completará con usted los detalles faltantes de fluido, temperatura o acoplamiento y presupuestará un lote pequeño o un juego completo con trazabilidad EN 10204 3.1, en lugar de pedirle que adivine primero toda la especificación.