Guía para ingenieros en las áreas de inspección de tuberías, mantenimiento y corrosión

INTRODUCION

Este documento sirve de guía para
ingenieros y técnicos nuevos en las áreas de
inspección de tuberías, mantenimiento y
corrosión.

Mi experiencia fue adquirida en la
refinería de Barrancabermeja; donde el inspector no se
limita únicamente a la medición de espesor si no
que realiza inspección visual a todo los componentes y
tiene que emitir recomendación si es requerida por ese
motivo este documento inicia con un repaso sobre el temas de
metales y soldaduras.

En este documento Inicialmente se hace un
agradecimiento especial a ingenieros que colaboraron
transmitiendo conocimientos, seguidamente se hace
descripción de los ACEROS más utilizados, su
clasificación y propiedades. Enseguida, se presenta la
definición de los procesos de SOLDADURA , la
denominación de los electrodos, problemas comunes
encontrados en uniones soldadas, tablas con material de aporte
para soldar aceros al carbón, cromo, aceros inoxidables
Austeniticos, Ferriticos, Martensiticos, aleaciones base niquel,
aluminio, corrosión, métodos para controlar la
corrosión.

Información referente a
tuberías que es un tubo, componentes para tubería,
que es un circuito de tubería, tablas de tuberías
finalmente todo lo referente a inspección de
tuberías.

La parte teórica que describe el
documento son basados en los conocimientos prácticos, han
sido adquiridos a través de la experiencia obtenida,
cursos recibidos por el autor durante 20 años de
permanencia en la Refinería de Barrancabermeja.

Por lo tanto el análisis e
interpretación de la información aquí
suministrada es responsabilidad expresa del autor.

Existen muchas tuberías de
diferentes materiales pero este documento trata únicamente
de tuberías metálicas.

DANIEL TOLOSA G Técnico inspector
SENIOR

ELEMENTOS BASICOS
DE LOS ACEROS

DEFINICIÓN E
IMPORTANCIA

Los aceros son aleaciones Fe-C que
presentan en su composición química contenidos de
carbono no mayor al 2%. Existe una gran variedad de aceros al
carbono con un amplio r ango de propiedades físicas y
mecánicas, dependiendo de los contenidos de silicio,
manganeso, molibdeno, cromo y vanadio. Son las aleaciones de
acero mas económicas y de amplio uso en el mercado
especialmente en la fabricación de estructuras.

En la medida que se necesito obtener
aleaciones de acero con mejores propiedades mecánicas y de
resistencia a la corrosión y oxidación, se
incrementaron las adicciones de cromo y molibdeno, dando paso a
los aceros de media y baja aleación.

Los aceros INOXIDABLES son aleaciones base
hierro que contienen al menos 11% de CROMO. Ellos obtienen
características de INOXIDABLE debido a la formación
de una capa de oxido invisible y muy adherente, rica en cromo
(cromita Cr 2 O3 ) que aísla
el acero de los contaminantes del medio ambiente y lo
autoprotegen, especialmente del oxigeno. De allí su nombre
de inoxidable. Por tal razón se le puede denominar
AUTOPASIVANTE.

A los ACEROS INOXIDABLES se les puede
agregar mas cromo u otros elementos para darles una
característica o propiedad particular. Tales elementos
pueden ser: Níquel, Molibdeno, Cobre, Titanio, aluminio,
Tantalio, Columbio, Niobio, Silicio, Nitrógeno, azufre, y
el selenio.

Como se trata de un ACERO, contiene por
ende CARBONO, el cual normalmente esta presente desde 0.2% hasta
1.1% en peso.

Los elementos que se agregan solos o
combinados, en diversas proporciones definen la importancia de
cada tipo de inoxidable, porque le dan propiedades especificas
que los distinguen de los demás. Las propiedades, que se
deben tener en cuen ta cuando se van a SELECCIONAR los aceros
inoxidables, están relacionadas con la resistencia a la
corrosión, resistencia a la oxidación y
sulfatación, facilidad de fabricación, resistencia
a la abrasión, resistencia mecánica y resistividad
eléctrica.

Sin embargo, la resistencia a la
corrosión y las propiedades mecánicas, son los
factores mas importantes por los cuales un diseñador
escoge un ACERO INOXIDABLE.

CLASIFICACION DE
LOS ACEROS

Los aceros son comúnmente divididos
en 6 grupos:

1. Aceros para maquinaria

2. Aceros al carbono

3. Aceros de baja y media
aleación.

4. Aceros inoxidables
Austeniticos

5. Aceros inoxidables
Ferriticos.

6. Aceros inoxidables
Martensiticos

7. Aceros inoxidables Dúplex
(ferritico-austenitico)

Aceros para maquinaria

· Laminado en caliente

· Calibrado en proceso similar al
trefilado.

· Torneado

· Recocido: Viene con dureza 180-220
HB

· Bonificado: Viene con dureza
280-320 HB Aceros al carbono para temple y revenido
S1035 – S1040 – S1045

Acero de resistencia media, tratados
térmicamente por temple convencional en aceite, permite
obtener durezas de 55-58 HRC.

Aplicaciones

· Herramienta
agrícola

· Pernos, ejes, tornillos grado
5

Aceros al carbono para temple y
revenido S 4140 – S4337 –
S4340

Aceros de gran templabilidad, tenacidad y
resistencia a la fatiga, viene en estado Bonificado con
30-32 HRC Aplicaciones

Tornillería de alta resistencia
grado 8, bielas para motores, ejes de
transmisión.

Tratamientos
Térmicos

Para un buen rendimiento de la herramienta,
además de la selección adecuada del acero, importa
mucho que el tratamiento térmico sea apropiado.

Recocido

Se utiliza para ablandar el material y
dejarlo optimo para el mecanizado.

Temple

Se utiliza para darle dureza al material y
así elevar las propiedades mecánicas.

Revenido

Se efectúa inmediatamente
después del temple para alivio de tensiones.

Normalizado

Se utiliza para homogenizar la estructura
después de un mecanizado fuerte.

Tratamientos
térmicos de los aceros para herramientas

Como logra un buen tratamiento
térmico

· Dar relevo de tensiones luego del
mecanizado.

· Tener un buen acabado
superficial.

· Evitar aristas vivas.

· Respetar las temperaturas de
temple y tiempo de inmersión al baño.

· Evitar cambios bruscos de
espesores y secciones.

· Luego del temple revenir antes que
la pieza llegue a temperatura ambiente.

· Analizar el tamaño y la
forma de la pieza para su correcta colocación en el
baño y el medio ambiente.

Factores que
intervienen para que la herramienta no tomen la dureza
requerida

Cuando no toman dureza:

1. No calentar a una temperatura lo
suficientemente elevada.

2. No enfriar con la rapidez requerida,
especialmente cuando se emplean hornos al
vació.

3. Descarburizacion de la superficie del
metal lo cual causa una superficie suave

4. Retención de austenita
como resultado de un calentamiento a temperaturas excesivamente
altas, o por tener metal carburizado.

5. Mezcla accidental de grados de
acero.

AISI / SAE 1020

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y
CARACTERÍSTICAS MECANICAS:

TEMPERATURAS DE TRATAMIENTO
TERMICO

AISI / SAE 1045

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y
CARCTERISTICAS MECANICAS

TEMPERATURAS DE TRATAMIENTOS
TERMICOS

AISI / SAE 8620

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y
CARCTERISTICAS MECANICAS

TEMPERATURAS DE TRATAMIENTO
TERMICO

AISI / SAE 4340

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y
CARACTERÍSTICAS MECANICAS

TRATAMIENTOS TERMICOS

AISI / SAE 420

COMPOSICIÓN
QUÍMICA

TRATAMIENTO TERMICO

ACEROS AL
CARBONO

GENERALIDADES

Los ACEROS AL CARBONO, pueden definirse
simplemente como aleaciones de hierro y carbono (Fe-C), las
cuales no contienen mas de 2.0% de carbono. Desde 1920, una gran
variedad de aceros han sido desarrollados para múltiples
usos.

Todos ellos son básicamente
aleaciones base Hiero Carbono, pero algunos difieren en su
contenido de carbono, mientras otros contienen otros elementos
como aleantes. De esta manera se han producido varias clases de
aceros , con un amplio rango de características y
propiedades físicas y mecánicas, indispensables
para los requerimientos específicos de muchas aplicaciones
industriales.

Todos los procesos modernos de la
manufactura del acero al carbono, parten del hierro fundido, el
cual es transformado en acero por la oxidación de
impurezas con el aire. El Carbono, si licio y Manganeso son
removidos por oxidación, pero el fósforo y azufre
requieren un proceso de oxidación básica. Los
principales métodos de fabricación del acero para
subsiguiente rolado o forjado son: Open Herat básico,
básico eléctrico, oxigeno básico y
ácido bessemer. Cada proceso de estos requiere de una
carga de materiales especiales, fundición de hierro con
chatarra o sencillamente chatarra. El tipo de material a usar
depende de la composición química y
características del acero a obtener.

TIPOS DE ACERO AL CARBONO

En la mayoría de los procesos de
fabricación de los aceros al carbono, la reacción
primaria es la combinación del Carbono y Oxigeno para
formar un gas. Si el oxigeno disponible para esta reacción
no es removido antes o durante el moldeado por adicción de
Silicio, Aluminio o cualquier otro desoxidante, los productos
gaseosos se quedan dentro del baño metálico. El
control eficiente de estos gases determinan la calidad del acero
y por lo tanto el tipo de acero. Si no queda gas atrapado en el
metal, se le conoce como acero MUERTO o Killed Stell. Si alguna
cantidad de gas queda inmersa en el acero este se llamara Acero
semi muerto (Semi -Killed Stell) y si no se efectúa
desoxidación el acero se llamara acero Rimmed. Los
desoxidantes actúan mas eficientemente cuando el acero
llega a 1600ºC.

KILLED STELL (70000 psi desoxidado y
pasivado).

Este tipo de acero es completamente
desoxidado y esencialmente no hay evolución de gas durante
el proceso de solidificación. Consecuentemente se forma
una cavida d o burbuja grande en la parte superior del molde, la
cual es removida del acero para obtener un acero muy
puro.

Este tipo de acero presenta una
composición química muy uniforme si se compara con
otros tipos de acero. Contiene alrededor de 0.25% de carbono ,
0.10% de Silicio mínimo y algunos con pequeñas
cantidades de aluminio, puesto que este es
desoxidante.

Los mas conocidos son: A-200, A-515, A-516,
A-517.

SEMI KILLED STELL (60000 psi
)

Este acero presenta una pequeña
variación en su composición. El es parcialmente
desoxidado con silicio, Aluminio o ambos, pero no se consigue una
suficiente retención de evolución del gas,
así que la zona superior del molde presentara las
concavidades mas grandes en donde parcialmente se aloja el gas y
en el resto las ca vidades son mínimas especialmente hacia
las zonas de alta solidificación. Estos aceros contienen
entre 0.15% y 0.25% de Carbono y aproximadamente 0.05% de
Silicio. En laminas la mas conocida en la GCB es A
-285.

RIMMED STELL

Existe una marcada diferencia entre la
composición química de estos aceros en toda su
longitud en un lingote. Las cantidades de carbono, Azufre,
fósforo e inclusiones no metálicas se concentraran
en el centro del molde. Mientras un promedio mas bajo de estos
alean ates se encuentran en la parte exterior del lingote. Una
marcada evolución de gas durante la solidificación
ocurre en los extremos del molde. Cuando la solidificación
empieza, la concentración de elementos se incrementa en el
liquido, mientras las burbujas se concentran en la parte
solidificada.

Estos aceros normalmente contienen menos de
0.25% de Carbono, menos de 0.60% de Manganeso y 0.01% de Silicio
máximo. El patrón de la estructura de los RIMMED
STELL se conserva durante el rolado y sus inclusiones se deforman
a lo largo de la laminación. Su tamaño y
ubicación definen la calidad del rimmed stell. En laminas
la mas conocida en la GCB es la A – 283.

VENTAJAS
TECNOLÓGICAS

La mayor aplicación a nivel mundial
en la mayoría de los servicios, esta dada para los aceros
al carbono. Su ventaja competitiva se basa en su costo y
facilidad de fabricación, porque se dispone de materia
prima en abundancia.

El diseño de las aleaciones de baja
y media aleación y de los inoxidables, marcaron un suceso
extraordinario en el ámbito mundial, porque estos aceros
empezaron a poseer cualidades importantes por encima
de los aceros al carbono. Las características que se
tuvieron en cuenta para ir dándole especificas
aplicaciones, fueron las siguientes:

· Resistencia a la
corrosión

· Resistencia a la
sulfidación y oxidación.

· Alta resistencia mecánica a
temperatura ambiente

· Alta resistencia mecánica a
alta temperatura.

· Manejabilidad y tecnología
de fácil fabricación

· Facilidad de limpieza

· Ductilidad

· Estabilidad de las propiedades
altas temperaturas

· Resistencia a la abrasión y
a la erosión

· Tenacidad

· Reflectibilidad

· Propiedades
magnéticas

· Conductividad
térmica

· Expansión
térmica

· Resistividad
Eléctrica

· Rigidez

Tecnológicamente los aceros
están disponibles en diferentes formas:

Platinas, Laminas, barras, foil, alambr es,
alambrones, forjados, fundiciones, tubería en sus tres
formas (Tubes, Pipes, Tubing).

Estos productos están agrupados, de
acuerdo con la AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM)
en las siguientes normas:

Laminas y platinas ASTM A-283, A-285,
A-515, A-516, A-335 y A-240. Barras de acero en AISI 1010, 1020,
4120,4340, ASTM A -479. Elementos forjados en ASTM A-181, A-105,
A-473.

Tubería TUBE en ASTM A-178, A-179,
A-213, A-333, A- 249, A-268, A269, A 511, A-632, A-668, A-
771 y A-791.

Tubería PIPE en ASTM A-53, A-106,
A-312, A-376, A-409, A-430, A-731, A-813 y A-814. Accesorios ASTM
A-234, A-193, A194.

El A 333 es usado en planta de Etileno para manejo de
productos a temperaturas bajo cero viene en grados 3 y 6, el
grado 6 es soldable con E 7018 -1 no requiere tratamiento
térmico; el grado 3 es saldable con 8018 C2 requiere
tratamiento térmico.

USOS DE LOS
ACEROS AL CARBONO

Se utilizan para el manejo de derivados del
petróleo a relativas bajas temperaturas, crudo con bajos
contenidos de azufre y ácidos orgánicos (menor de
1% en peso de azufre), vapor, diferentes tipos de aguas
(industrial, condensada, potable), gases de combustión a
baja temperatura etc.

Su temperatura de uso se limita hasta
600ºF en ambientes con bajos contenidos de
oxigeno.

Los aceros al carbono no pueden ser
utilizados en servicios de alta presión con
hidrógeno, servicios de alta temperatura o en fluidos de
alta peligrosidad. Son débiles ante las bacterias de agua
industrial, ácido naftenico.

SOLDABILIDAD

Los aceros al carbono tienen alta capacidad
para combinarse entre si y con otras aleaciones. Cuando se van a
soldar entre si, no hay que tomar especiales medidas de
precaución, ni se debe tener preocupación por la
estabilidad de la zona soldada; en general el acero se define
como bien SOLDABLE.

Los factores que mas influyen para su
soldabilidad son la composición química porque al
calentarse y enfriarse rápidamente no se producen grandes
alteraciones de sus propiedades. Existen algunas limitaciones en
donde hay que realizar trat amiento térmico de relevo de
esfuerzos en servicios especiales y cuando se sueldan formas
irregulares o altos espesores.

El metal de aporte y la zona afectada por
el calor no reviste alteraciones profundas y en general se
conservan propiedades mecánicas, de impacto, de
resistencia a la corrosión, tenacidad y
ductilidad.

Soldaduras recomendadas para aceros al
carbón, aceros al Níkel, aceros base Cromo,
Níkel Cobre, para bajas temperaturas de
servicio