El tratamiento térmico es un proceso en el que las
tuberías de acero al carbono (tuberías CS en su forma completa) se calientan a una temperatura determinada, se mantienen durante un tiempo y luego se enfrían para modificar su estructura interna y sus propiedades. Bajo diferentes condiciones de tratamiento térmico, las propiedades mecánicas, físicas y químicas de las tuberías de acero al carbono cambian para adaptarse a entornos y requisitos específicos de aplicación.
Los métodos de tratamiento térmico para tuberías de acero al carbono incluyen recocido, normalizado, temple y revenido. Diferentes métodos de tratamiento térmico pueden modificar la dureza, la tenacidad y otras propiedades mecánicas del acero, así como su composición química, para satisfacer las necesidades de diferentes sectores.
¿Por qué las tuberías de acero al carbono necesitan tratamiento térmico?
1. Influencia del espesor de pared
El tratamiento térmico es necesario para espesores superiores a cierto nivel. El
espesor de pared de las tuberías de acero al carbono determina su velocidad de enfriamiento y la uniformidad de su microestructura:
Las tuberías de acero al carbono con un espesor de pared inferior a 25 mm no suelen requerir tratamiento térmico porque el enfriamiento es uniforme, la tensión residual es baja y se liberan mediante el envejecimiento natural.
Las tuberías de acero al carbono con un espesor de pared de 25 a 38 mm requieren tratamiento térmico según las condiciones de trabajo, ya que comienzan a aparecer diferencias locales en la microestructura y aumenta la zona afectada por el calor de la soldadura.
Las tuberías de acero al carbono con un espesor de pared superior a 38 mm (tuberías de pared gruesa) deben someterse a tratamiento térmico debido a las diferentes velocidades de enfriamiento dentro y fuera de la tubería, lo que genera una alta tensión residual y una tendencia a agrietarse fácilmente.
2. La soldadura y el trabajo en frío generan tensiones peligrosas
Las uniones soldadas, el doblado en frío, el laminado, el estirado en frío y otros procesos pueden causar:
Endurecimiento local (ZAT);
Alta tensión residual de tracción;
Deformación del grano;
Estos factores pueden reducir la vida útil de la tubería e incluso representar un riesgo para la seguridad.
3. Mejora de la tenacidad y la vida útil a baja temperatura
Aplicaciones como GNL, tuberías criogénicas y recipientes a presión a menudo requieren que las tuberías tengan:
Mayor valor de absorción de impactos (entalla Charpy en V);
Mayor precisión dimensional;
Mayor uniformidad de la microestructura;
El tratamiento térmico puede mejorar significativamente estas propiedades.
Tratamiento térmico de tubos de acero al carbono
El recocido es un método de tratamiento térmico que consiste en calentar tubos de acero al carbono a una temperatura determinada y luego enfriarlos lentamente.
Temperatura típica: 700–900 °C
Método de Enfriamiento: Enfriamiento lento en horno (cuanto más lento sea el enfriamiento, más blanda será la tubería).
Función: El recocido puede homogeneizar la estructura interna del acero, eliminar tensiones internas, reducir la dureza y mejorar la tenacidad y la plasticidad.
También mejora la maquinabilidad y la resistencia a la corrosión del acero.
Aplicación: El recocido es un paso esencial para los tubos de acero al carbono que requieren embutición profunda, corte en frío, estirado en frío y otros procesos de trabajo en frío.
La normalización es un método de tratamiento térmico que consiste en calentar el tubo de acero al carbono a una temperatura determinada y luego enfriarlo al aire.
Temperatura típica: 850–950 °C
Método de Enfriamiento: Enfriamiento al aire (ligeramente más rápido que el recocido).
Función: Este método puede mejorar la dureza y la resistencia al desgaste del acero, a la vez que aumenta su resistencia a la tracción y su capacidad de carga.
Aplicación: Generalmente, los aceros de alta aleación requieren un tratamiento de normalización para cumplir con los requisitos de alta resistencia y dureza.
Sin embargo, debido a la tensión interna relativamente alta del acero normalizado, suele ser necesario el revenido para eliminarla.
El tratamiento de temple es un método de tratamiento térmico en el que las tuberías de acero al carbono se calientan a una temperatura determinada y luego se templan en agua, aceite u otros medios de temple.
Temperatura típica: 800–900 °C
Medios: Agua, aceite, polímeros o gas.
Propósito: Este método puede mejorar la dureza, la resistencia al desgaste y la tenacidad del acero, pero genera fácilmente tensiones significativas, que generalmente requieren revenido para eliminarlas.
Aplicaciones: Se utiliza comúnmente en componentes de turbinas, equipos de alta presión y sistemas de tuberías resistentes al desgaste.
La elección del método y la temperatura de temple también depende del material y los requisitos específicos del acero.
El tratamiento de revenido es un método de tratamiento térmico que consiste en recalentar las tuberías de acero al carbono templadas a una temperatura determinada y luego enfriarlas lentamente.
Temperatura típica: 200–700 °C (varía según los requisitos)
Objetivo: Este método permite eliminar la tensión interna del acero, ajustar su dureza y tenacidad, optimizando así su rendimiento.
Revenido a baja temperatura (200–350 °C): Mantiene la dureza y reduce la tensión.
Revenido a temperatura media (350–500 °C): Mejora la elasticidad y la tenacidad.
Revenido a alta temperatura (500–700 °C): Obtiene propiedades estables (combinado con el temple, se denomina "revenido").
Aplicaciones: Temple de tuberías de paredes gruesas, tuberías de presión y estructuras portantes. Generalmente, la temperatura y el tiempo de revenido deben seleccionarse en función de los diferentes materiales de acero y los requisitos específicos.
La función del tratamiento térmico
1. Elimina la tensión de conformado
Las zonas de endurecimiento localizadas causadas por la soldadura o el doblado en frío pueden amenazar la seguridad de las tuberías como bombas de tiempo.
2. Aumenta la tenacidad
Las tuberías de paredes gruesas son propensas a la fractura frágil a bajas temperaturas; el tratamiento térmico puede aumentar la resistencia al impacto del material.
3. Estabiliza la precisión dimensional
El revenido a alta temperatura puede prevenir el riesgo de deformación en el procesamiento posterior de tuberías de paredes gruesas.
Efectos de los tratamientos térmicos en el acero al carbono
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Tratamiento térmico
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Temperatura (°C)
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Método de enfriamiento
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Efecto principal
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Aplicación
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Temple
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800–900
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Controlado (refrigeración por aire)
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Aumenta la dureza
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Herramientas, engranajes, cojinetes
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Revenido
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Resistencia a la corrosión, tenacidad
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Aceros inoxidables austeníticos
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Reduce la fragilidad
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Componentes estructurales, resortes
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Recocido
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700–900
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Lento (refrigeración en horno)
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Aumenta la ductilidad
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Piezas mecanizables, componentes deformables
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Normalizado
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800–900
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Calderas, reactores
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Mejora la uniformidad
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Estructuras, componentes mecánicos
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Factores para la selección del espesor de las tuberías de acero al carbono después del tratamiento térmico
1. Entorno operativo y requisitos de rendimiento fisicoquímico
La selección debe basarse en el entorno operativo y Requisitos de rendimiento fisicoquímico de las tuberías de acero al carbono. Esto implica minimizar los costos de procesamiento y producción, garantizando al mismo tiempo la resistencia mecánica y las propiedades fisicoquímicas.
2. Tipo, forma y tamaño del material
Los diferentes tipos, formas y tamaños de tuberías pueden requerir diferentes estrategias y soluciones de tratamiento térmico, que deben seleccionarse según las circunstancias específicas.
3. Normas y especificaciones de producción
El espesor debe evaluarse y seleccionarse de acuerdo con las normas y especificaciones nacionales e internacionales.
Precauciones para las operaciones de tratamiento térmico de tuberías de acero al carbono
1. Preparación previa al tratamiento térmico
Antes del tratamiento térmico, la tubería debe inspeccionarse, limpiarse y ajustarse para garantizar que su superficie esté libre de contaminantes y defectos como aceite y óxido.
2. Control del calentamiento
Los procesos de calentamiento y mantenimiento requieren control de la temperatura y el tiempo, y deben realizarse ajustes según las circunstancias específicas.
3. Selección del método de enfriamiento
Se debe seleccionar agua, aceite o aire según la capacidad de endurecimiento del acero para evitar un enfriamiento desigual que podría provocar flexiones o grietas.
4. Inspección posterior
Después del tratamiento térmico, se requieren inspecciones y pruebas para garantizar que el rendimiento de la tubería cumpla con los requisitos.
Preguntas frecuentes
1. ¿Cómo tratar térmicamente el acero con alto contenido de carbono?
Para el acero con alto contenido de carbono, caliente a 200 °C (400 °F), mantenga esta temperatura durante una hora y luego enfríe a temperatura ambiente. Repita este proceso dos veces, para un total de tres ciclos de calentamiento.
2. ¿Se puede tratar térmicamente el acero al carbono dos veces?
Sí.
El acero al carbono puede tratarse térmicamente varias veces, siempre que la temperatura, el tiempo de mantenimiento y el método de enfriamiento se controlen adecuadamente; esto no dañará las propiedades del material.
El tratamiento térmico repetido se utiliza a menudo para aliviar tensiones, corregir la microestructura o cumplir con requisitos específicos de propiedades mecánicas. Sin embargo, se debe evitar el sobrecalentamiento para prevenir el crecimiento de grano.
3. ¿Cuál es el mejor tratamiento térmico para tuberías API 5L?
Generalmente se utiliza la normalización o la normalización + revenido (N+T).
Estos procesos mejoran la uniformidad de la microestructura, incrementan la tenacidad y la resistencia a la tracción, lo que les permite cumplir con los requisitos de resistencia a la presión y al agrietamiento de oleoductos y gasoductos, y son especialmente adecuados para el acero para tuberías de grado PSL2.
Resumen
En resumen, el tratamiento térmico de las tuberías de acero al carbono es crucial para garantizar su funcionamiento seguro y estable en entornos de alta temperatura, alta presión, corrosión, baja temperatura y carga mecánica. Seleccionar los regímenes adecuados de recocido, normalización, temple o revenido según el espesor de pared, la calidad del material, las condiciones de operación y los estándares de la industria puede mejorar significativamente el rendimiento del acero, prolongar su vida útil y reducir los riesgos.
Leer más: Proceso de tratamiento térmico de tuberías de acero al carbono sin costura o Rango de temperatura de tuberías de acero al carbono
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