Aleaciones Cromo-Molibdeno

8/18/2019 Aleaciones Cromo-Molibdeno

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Aleaciones Cromo-Molibdeno

México


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2 | Bohler Soldaduras S.A. de C.V. | Foro de Soldadura PEMEX-REFINACION I Mayo 2012

Aceros al Cromo-Molibdeno


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INTRODUCCIÓN:

• Los aceros CrMo muestran Resistencia a la

termofluencia a elevada temperaturas 585°C

• Utilizados ampliamente en la industria Petroquímica.

• Los incrementos en la temperatura y presiones de

servicio exigen desarrollos cada día en el metal base.

• Se requieren hoy en día mayores propiedadesmecánicas para reducir el espesor de pared


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Algunos aceros CrMo Resistente a la termofluencia,básicos y clásicos:

Con adiciones de V, W, Ni, Ti, Nb, B y/o N:

0,5%Mo

1%Cr-0,5%Mo T/P 36

2,25%Cr-1%Mo (T/P 22) T/P 22V, 23 and 24

5%Cr-1%Mo

9%Cr-1%Mo (T/P 9) T/P 91, 911 and 92

12%Cr-1%Mo VM 12SHC

…… y el desarrollo continua


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Que influencia tienen los elementos aleantes?

Cromo (Cr) : Principalmente aumenta su resistencia a la corrosión y oxidación, fuerte formador decarburos, aumente resistencia mecánica, dureza y estabilidad a alta temperatura.

Molibdeno (Mo):Principal formador de carburos estables a altas temperaturas, resistente a laescamación (oxidación) a altas temperaturas.

Vanadio (V): Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar elgrano y a disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte y tiende a formarcarburos.

Tungsteno(W): Sirve para mantener la dureza de los aceros a elevada temperatura.

Níquel (Ni): adicionando a los aceros al carbono cantidades variables de 2 a 5%, se aumenta suresistencia y limite de elasticidad, sin disminuir la tenacidad.

Titanio (Ti): Se suelen añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales paradesoxidar y afinar el grano. El titanio tiene gran tendencia a formar carburos y a combinarse con el

nitrógeno.Niobio (Nb): Se emplea para mejorar la resistencia a las altas temperaturas.

Boro (B):El boro mejora notablemente la templabilidad en los aceros de baja aleación.


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ASTM A335 Gr. P9

ASTM A217 Gr. C12

A335 Gr. P5

A335 Gr. P91 A213 Gr. T92

A335 Gr. P92

Especificación de materiales conforme ASTM

Nos indicapresentacióndel materialbase

Nos indica el gradoy composiciónquímica delmaterial base.


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Clasificación de aceros al Cr-Mo

Aleac ionesCrMo

Clasificaciones Internacionales Propiedades Mecánicas

ASTM/ASME DIN/VdTÜV EN Rp0.2% RmMPa MPa °C

0.5Mo T/P 1 16 Mo 3 8MoB 5-4 > 290 > 500 < 4601.25Cr-0.5Mo T/P 11 10 CoMo 5-5 10 CrMo 5-5 < 5451,00Cr-0.5Mo T/P 12 13 CrMo 4-5 13 CoMo 4-5 < 5451.25Cr-1MoV 15 CrMoV 5-10 < 545

T/P 36 15 NiCuMoNb 5 (WB 36) 15 NiCuNb 5 < 545

2.25Cr-1Mo T/P 22 10 CrMo 9-10 10 CrMo 9-10 > 310 515-690 < 5452.25Cr-1MoV T/P 22V > 415 585-760 < 5452.25Cr-MoVW T/P 23 HCM 2S 7CrWVMoNb 9-6 < 5502.25Cr-1MoVTiB T/P 24 7CrMoVTiB 10-10 7CrMoVTiB 10-10 < 550

5Cr-0.5Mo T/P 502 12 CrMo 19-5 < 550

9Cr-1Mo T/P 9 X12 CrMo 9-1 X12 CrMo 9-1 < 5859Cr-1Mo mod. T/P 91 X10 CrMoVNb 9-1 X10 CrMoVNb 9-1 > 450 630-790 < 585

9Cr-0.5MoWV T/P 911 X11 CrMoWVNb 9-1-1 X11 CrMoWVNb 9-1-1 < 6259Cr-0.5MoWV T/P 92 X10 CrWMoNb 9-2 < 625

12Cr-0.25Mo X12 CrCoWVNb 11-2-2 < 650+1.4W1.3Co0.2V (VM 12-SHC) t 500 700-850 < 585


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• Resistencia a la termofluencia, Metalurgia y Tratamientos térmicos.

• Resistencia a la fragilización por revenido.

• Resistencia a la Oxidación.

• Resistencia al Ataque de Azufre.

• Resistencia al Ataque de Hidrógeno

Aspectos a considerar con los aceros Cr-Mo


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Que es la Termofluencia ?

La termofluencia es la deformación de tipo plástico quepuede sufrir un material cuando se somete a temperaturaelevada, y durante largos periodos, aun cuando la tensión oesfuerzo aplicado sea menor que su resistencia a la

fluencia.

La termofluencia es causada por el movimiento de lasdislocaciones, las cuales ascienden en la temperatura

cristalina a causa de la difusión.


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Por ejemplo.: 600°C y 105 h, es la Límite de tensión de la termofluencia hasta

fisuración (Creep Rupture Stress).

•Por lo tanto, un criterio de diseño de Ingeniería para una central de generaciónenergía puede, requiere una tensión mínima de 100MPa para 105 h a latemperatura de servicio.

• La idea básica es que el Recipiente mantenga su tamaño y forma original enservicio durante 20 o 30 años.

Resistencia a la Termofluencia(CREEP).


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Aceros de tubería para uso en tuberías de vapor en plantas

de generación de energía

Límite de tensión

de la termofluencia

hasta fisuración

(Creep Strength)

vs.

Temperatura de Servicio


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Metalurgia de aceros Cr-Mo:

• Formación de precipitaciones estables: carburos aleados en una estructura ferritica,bainitica y/o martensitica en condición de normalizado.

•Precipitaciones bloquean los límites de grano y previenen el corrimiento de losplanos de deslizamiento para dar las propiedades de Resistencia a la termofluenciadeseadas. (forma, cantidad y distribución).

• Estructuras homogéneas con propiedades homogéneas.


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• El nivel de aleación y el tratamientos térmico determina el tipo y la cantidad de losprecipitados.

• Los parámetros para el manejo del tratamiento térmico son la temperatura y el

tiempo.

• Variedad de precipitaciones son esperables en el diseño de los aceros Resistente a

la termofluencia clásicos y modernos.

GraphiteEpsilon Fe2.4C

Cementite Fe3C

Chi Fe2CM2X M6C M23C6M7C3 Laves

M5C2 Z-phase

Mo2C Cr 3C

NbC NbN VN


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Tipos de Carburos formados en un acero 2.25Cr-0.5%Mo,

dependiendo de la temperatura del revenido y del tiempo



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Tratamientos térmicos para los aceros CrMo y sus Uniones soldadas (I):

El Tratamiento Térmico puede consistir de:• Normalizado (N) Normalizing

• Revenido (T) Tempering

• Recocido (AN) Annealing

• Precalentamiento y T entre pasada (Tp & T i ) Preheat & Interpasstemperature

• Al ivio intermedio de tensiones (ISR) Intermediate Stress Relieving

• Al ivio de tensiones (SR) Stress Relieving

• Enfriamento en etapas (STC) Step Cooling

• Tratamiento Térmico Posterior a la Soldadura (PWHT = SR and/or STC)Post Weld Heat Treatment

Tratamientos Térmicos para aceros al Cr-Mo:


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• Los tratamientos térmicos para el material base son razonablemente complejos.

• Dependiendo del nivel de aleación un tratamiento de Normalizado, Revenido yRecocido a varias temperatura y por algunas horas debe realizarse con controlsobre el calentamiento y el enfriamiento según estrictos procedimientos.

•Lo mismo es valido para el material soldado. Con incremento en el contenido dealeación el Tratamiento Térmico post soldadura (PWHT) para las uniones secomplica más.



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00,511,522,533,544,555,566,577,588,599,51010,51111,51212,51313,

Time

0

200

400

600

800

1000

Tem

perature[°C]

250 - 300°C

760°C

Heating rate80 - 120°C/h

Cooling rate100 - 150°C/h

< 400°Ccooling in still air

+ 0- 10

2 - 4 h

slowcooling rate

20 - 100°C·

· ·

Ciclo de temperatura y control térmico durante la soldadura y PWHT deaceros martensiticos P91, E911 y P92



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Ciclo de temperatura y control térmico durante la soldadura y PWHT de aceroferritico/bainiticoT/P23(Para uniones GTAW en espesores


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Acero Rango

1/2Cr-1/2Mo 621-704 °C

1Cr-1/2Mo 621-718°C

11/4Cr-1/2Mo 621-718°C

21/4Cr-1Mo 677-760°C

3Cr-1Mo 677-760°C

5Cr-1/2Mo 704-760°C

7Cr-1/2Mo 704-760°C

9Cr-1Mo 704-760°C

9Cr-1Mo + V+Nb+N 732-760°C


Rango de temperaturas para alivio de tensiones


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• Materiales CrMo expuestos a 400-500°C por un largo periodo pueden presentar

riesgo de fragilización por revenido (Temper Embrittlement),

causado por elementos residuales/impurezas como Fósforo (P), Antimonio (Sb),

Estaño (Sn) y Arsénico (As) que migran a los bordes de grano y pueden reducir la

ductilidad, en el material base y en el material soldado debido a su bajo punto defusión.

Por lo tanto los elementos residuales/impurezas responsables deben ser

restringidos. Bruscato y Watanabe han desarrollado formulas para expresar la

tendencia a la fragilización por revenido.

Fragilización por revenido:


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Bruscato: X = (10 P + 5 Sb + 4 Sn + As) / 100

(elementos en % en peso, resultado en ppm)

• Bruscato, X-factor: es valido para material base & soldado.

• Las especificaciones para material soldado eran inicialmenteX < 15 pero actualmente son X < 10.

• Requisitos adicionales para Mn y Si son: Mn + Si < 1.1%

• Con SAW, los elementos residuales pueden provenir del hilo y

del flux La combinación de ambos debe ser ensayada para

que cumpla con los requisitos.

Esto significa que un solo suministrador para

ambos es recomendable.



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• Watanabe: J = (Mn + Si) x (P + Sn) x 104 (elementos en % en peso)

• Watanabe: solo valido para material base.

• Especificaciones, restricción habitual J < 160 pero

actualmente J < 120 ó 80 puede ser exigida



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Los dos principales campos de aplicación de los aceros de baja aleaciónresistentes al calor son la Industria Petrolera (refinación del petróleo)y la producción de energía por vía térmica.

Los principales problemas de corrosión de estos aceros cuando sonexpuestos a altas temperatura son:

Oxidación bajo esfuerzo localizado;

Corrosión en médios sulfurosos;

Ataque por hidrógeno en caliente.

Para combatir esta situación podremos intentar bajar la temperatura delmetal durante el funcionamiento de los equipos, eliminar o controlarlos agentes corrosivos o utilizar aceros de alta aleación, con

resistencia a la corrosión más apropiada a los medios agresivosexistentes

Tipos de corrosión


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Corrosión por azufre:El sulfato de fierro que es producto de la reacción delataque del H2S al fierro, es insoluble en el petróleo. Losácidos nafténicos entre tanto convierten el fierro ennaftenato de fierro soluble en petróleo. En condicionesreales casi siempre la corrosión nafténica ocurresimultáneamente con la corrosión por compuestos deazufre (temperatura de 200° C a 260°C).


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Rango de corrosión por Azufre para materiales CrMo a varias temperaturas(McConomy)

Tipos de corrosión


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Soldaduras

• Desde hace muchas décadas, Böhler Schweisstechnik Germany hadesarrollado un amplio rango de consumibles para la soldadura de los

aceros CrMo en los procesos: SMAW, GTAW, SAW, GMAW y

FCAW, cumpliendo todos los requisitos mecánicos y el factor X.


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Selección de consumibles de soldadura

-Como regla general deberá ser seleccionado un consumible de composición idéntica a ladel metal de base; sin embargo, cuando en una misma aplicación son utilizados variostipos de aceros Cr-Mo (hasta contenidos de cromo máximos de 3%) podrá limitarse eluso de diferentes tipos de consumibles, recurriendo solamente al de más alta aleación.

-La selección de la combinación alambre-fundente para SAW (Arco Sumergido) deberá serhecha teniendo en cuenta que el metal depositado presenta contenidos de carbono,manganeso y cromo más bajos y de silicio más alto que el Alambre utilizado.

-Las varillas para TIG (Tungsteno Inert Gas) deberán ser de aceros desoxidados, concontenidos de silicio superiores a 0,5% de manera que eviten porosidades.

-Dado el gran poder templante de los aceros Cr-Mo NO podrán ser soldados sin pre-calentamiento.

-Contrariamente a los aceros C-Mn y C-Mn micro aleados, no existen procesos dedeterminación del pre-calentamiento en función del “Carbono Equivalente”. El pre-calentamiento es establecido de acuerdo con ensayos previos de soldabilidad,respetando, sin embargo, las recomendaciones de los Códigos de construcciónaplicables.


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Soldadura de los aceros CrMo.....…..

P22

V

T/P2

2

Rango de parámetros paralos procesos de soldadura

Factores determinantes:- Temperatura de precalentamiento

- Temperatura entre pasadas- Proceso de soldadura- Consumibles de soldadura- Input térmico- Estructura de las capas- Espesor de los cordones- PWHT

El proceso de desarroll o de losnuevos materiales exige más precisión enlos parámetros y equipos humanos altamente cualificados.

Rango de parámetros paralos procesos de soldadura

Factores determinantes:- Temperatura de precalentamiento

- Temperatura entre pasadas- Proceso de soldadura- Consumibles de soldadura- Input térmico- Estructura de las capas- Espesor de los cordones- PWHT

El proceso de desarrol lo de losnuevos materiales exige más precisión enlos parámetros y equipos humanos altamente cualificados.


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A5.5 E8018 B2 H8 R

A5.5 E 9015 B3

A5.23 EB2-B2

A5.23 EB2R-B2R

Especificación conforme AWS


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Temperaturas de mantenimiento de electrodos


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Thermanit MTS 911GTAW

Thermanit P23 A 5.5 E 9015-GSMAWT/P 23

Union I P23 A 5.28GTAW

Thermanit MTS 616GTAW

Union I Mo A5.28 ER80S-GGTAW

Schuwarz 3 MKE 7018-GSMAWT/P 10.5 Mo

T/P 92

T/P 911

T/P 91

T/P 22

T/P 11 ó 12

Grado

Thermanit Chromo 9V A5.5 E9015B9SMAW

Thermanit Chromo T91

Thermanit MTS 3

A5.5 E 9018B9

A5.28 ER 90S-B9

SMAW

9 Cr, 1 Mo + V, N,Ni, Al, Cb

Thermanit MTS 911 A5. 5 E9015-G

( E 9015-B9 Mod. )

SMAW10 Cr, 1Mo + V,

Ni, Cb, B, N, Al, W

Nombre de productoClasificaciónProcesoMetal Base

Thermanit MTS 616 A5. 5 E9015-G

( E 9015-B9 Mod. )

SMAW9 Cr, 0.5 Mo + V,N, Ni, Al, Cb, W, B

Union I CrMo 910 A5.28 ER90S-GGTAW

A: Union S I CrMo 2 F: UV420TTR, UV420TTR-W A5.23 EB3R-B3RSAW

Phoenix Chromo 2 KS A5.5 E 9015 B3SMAW2.5 Cr, I Mo

Union I CrMo A5.28 ER90S-GGTAW

A: Union S2 CrMo F:UV 420 TTR, UV420TTR-W A5.23 EB2R-B2RSAW

Thermanit Chromo I A5.5 E8018 B2SMAW1Cr, 0.5 Mo

Productos Marca T-PUT


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UTP A649 A5.28 ER 80S B8GMAW

UTP 8015 B8 A5.5 E 8015 B8SMAWT/P 99 Cr, 1 Mo

UTP 64 A5.28 ER80S-B6GMAW

UTP 8015 B6 A 5.5 E 8015 B6SMAWT/P 55 Cr, 0.5 Mo

UTP A642 A5.28 ER80S-GGTAW

UTP 642E 7018-A1SMAWT/P 10.5 Mo

T/P 22

T/P 11 ó 12

Grado Nombre de producto Marca TPUTClasificaciónProcesoMetal Base

UTP A640 A5.28 ER90S-B3GMAW

UTP 640 A5.5 E 9015 B3SMAW2.5 Cr, I Mo

UTP A641 A5.28 ER80S-B2GMAWUTP 641 A5.5 E8018 B2SMAW1Cr, 0.5 Mo

Productos Marca UTP


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REFERENCIAS


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Soldadura de los aceros CrMo.....…..Referencia: Preparación de soldadura y soldadura final de unaconexión de gran espesor en una tubería de vapor en una

CentralMetal base: Acero al CrMo gr. P91

Metal de aporte: Thermanit 9V (SMAW)


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SKANSKA BRASIL LTDA.

COKE DRUMS

Owner & Engineering:PETROBRAS

Courtesy of SKANSKA BRASIL LTDA.

PHOENIX CHROMO IUNION S 2 CrMo/UV 420 TTRBÖHLER CM5 - IGUTP 68 HHUTP 68 LC

Referencia: Coke Drums


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FCC Regenerator,L&T, India

C-Mn Steel

Welding consumables:

SAW Union S3/ IV 420 TTR

Referencia: FCC Regenerator


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HDS Reactor,Winkels, Germany

Material21/4 Cr 1Mo

EngineeringFoster Wheeler

Welding consumables:Phoenix SH CrMo2KSUnion S1CrMo2/Flux UV420TTR

Reference: HDS Reactor

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Courtesy of L&T

Larson & ToubroHTD Reactor

2.25CrMo V+/SS 347 Clad

Filler:SMAW Phoenix SH CrMo 2 KSSAW Union S 1CrMo2/UV 420TTR-W

Referencia: HDT Reactor

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Reactor, Godrej & BoyceMumbai, India21/4Cr1Mo, s=153mm

Phoenix SH Chromo 2KS (SMAW)Union S 1 Cr Mo 2/UV 420 TTRW(SAW)Union I Cr Mo 910 Spezial

Courtesy of Godrej & Boyce

Referencia: Reactor

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Soldadura de los aceros CrMo.....…..Recipiente a presión de gran espesor de

acero 2.25%Cr-1%Mo, fabricado por Godrej en India.

Datos técnicos del Reactor Petroquímica:• Material base: 2,25%Cr-1%Mo

• Espesor: 124, 132 y 153 mm

• Peso total: 500 ton aprox

• Condiciones de servicio :- 120 bar @ 437°C

• Consumibles de soldaura:

- SAW: Union S1CrMo2 & UV 420TTR

- SMAW: Phoenix SH Chromo 2 KS


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Referencia: Hydro Cracker

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Datos técnicos:• Material base: 2,25%Cr-1%Mo

• Tamaño:

- Espesor: 358mm- Longitud: 21m

- Diámetro: 5.3m

- Peso total: 706t

• Condiciones de servicio:

- 215.5bar de presión @ 454°C

• Consumibles de soldadura:- SAW: Union S1CrMo2 & UV 420TTR

- SMAW: Phoenix SH Chromo 2 KS


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Hydro Cracker,Technip, Finland

Welding consumables:Soudotape 24.12.LNb/Flux Record EST 136

Single Layer Technique

Referencia: Hydro Cracker

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Muchas gracias por su atención

Cualquier duda técnica estoy a sus

ordenes en el correo:

[email protected]

ó al teléfono:

01 55 53 07 91 43 Ext. 277


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“Los datos e información contenidas en este documento son

exclusivamente para dar una orientación. El usuario es elresponsable directo de su correcta aplicación para

satisfacción de los estándares, especificaciones y/o códigos

aplicables”

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