253MA
El 253MA (UNS S30815) es un acero inoxidable austenítico resistente al calor con adiciones de silicio y de tierras raras como el cerio. Estas adiciones generan en la superficie de la aleación una capa de óxido densa y multicapa que resiste el desconchado en condiciones de ciclado térmico hasta 1100 °C. La adición de nitrógeno aporta endurecimiento por solución sólida y ayuda a que la aleación conserve una buena resistencia a la fluencia a la temperatura de servicio.
1. Composición química
La tabla siguiente recoge la composición elemental del 253MA. Las adiciones de tierras raras (cerio) y el alto contenido de silicio le confieren resistencia a la oxidación y una fuerte adherencia de la capa de óxido.
| Material | Grado UNS | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | Ti | Cu | Al | Otros |
| 253MA | S30815 | 0.05-0.10 | 0.80 | 0.040 | 0.030 | 1.40-2.00 | 20.0-22.0 | 10.0-12.0 | / | / | / | / | N:0.14-0.20 Ce:0.03-0.08 |
Nota: la adición de cerio (Ce) del 0.03 %-0.08 % actúa como modificador de la capa de óxido. Mejora la adherencia de la capa de óxido de cromo a la superficie del acero durante el ciclado térmico, una propiedad de la que carecen los aceros austeníticos resistentes al calor convencionales.
2. Propiedades mecánicas
Estos son los requisitos de propiedades mecánicas del 253MA en estado de recocido de disolución. Reflejan tanto su resistencia a temperatura ambiente como su idoneidad como elemento estructural en entornos de horno a alta temperatura.
| Material | Condición o dimensiones | Norma | Temperatura de tratamiento térmico (mínima) | Resistencia a la tracción mínima (MPa) | Límite elástico mínimo (MPa) | Alargamiento mínimo (%) | Dureza |
| 253MA | / | A312 | 1040°C | 600 | 310 | 35 | HBW ≤ 217 HRB≤ 95 |
Nota: a 900 °C, el 253MA conserva un límite elástico al 0.2 % de aproximadamente 70-80 MPa. Ello le proporciona una buena capacidad de carga a temperaturas a las que el acero inoxidable 310 se ablanda notablemente.
3. Grados aproximados
Esta tabla relaciona el 253MA con sus grados aproximados en las normas europeas, japonesas, chinas y rusas, de cara al aprovisionamiento global y a la trazabilidad del material. Dado que su contenido patentado de cerio no figura en la mayoría de las normas nacionales, las equivalencias son limitadas.
| Material | Grado UNS | Norma nacional GB | JIS | ISO | DIN/EN | GOST | |
| ISC | NUEVO | ||||||
| 253MA | S30815 | - | 0Cr21Ni11N | - | X9CrNiSiNCe21-11 | 1.4835 | - |
Nota: el 253MA es un grado patentado desarrollado por Outokumpu (antes Avesta Sheffield). El EN 1.4893 es el equivalente europeo reconocido. No existe un grado directamente equivalente en las normas JIS, GB o GOST.
4. Principales ventajas técnicas
- Adherencia de la capa de óxido modificada con cerio: la adición del elemento de tierras raras cerio modifica el mecanismo de crecimiento del óxido en la superficie del acero. El cerio segrega hacia los bordes de grano del óxido y hacia la intercara metal-óxido, lo que inhibe el desconchado de la capa de óxido durante el ciclado térmico. Este es el principal mecanismo de fallo de las aleaciones austeníticas resistentes al calor convencionales por encima de 900 °C.
- Alto contenido de silicio para una resistencia a la oxidación superior a la que aporta el cromo por sí solo: con un contenido de silicio del 1.4 %-2.0 %, se forma una subcapa amorfa de dióxido de silicio (SiO2) bajo la capa principal de óxido de cromo (Cr2O3). Esto ralentiza la difusión del oxígeno a través de la capa de óxido y prolonga la vida en servicio hasta 1100 °C en aire y en atmósferas de combustión.
- Endurecimiento por solución sólida con nitrógeno frente a la fluencia a alta temperatura: con un contenido de nitrógeno del 0.14 %-0.20 %, la matriz austenítica se refuerza por solución sólida y aumenta la vida a rotura por fluencia frente a aleaciones cromo-níquel equivalentes entre 800 °C y 1050 °C. Además, este endurecimiento no reduce la ductilidad ni la conformabilidad.
- Nota técnica: la aleación 253MA está diseñada para atmósferas oxidantes cíclicas y no es apta para entornos reductores o sulfurantes. En gases de combustión con azufre, las adiciones de cerio y silicio no evitan el ataque por sulfuros; en entornos sulfurantes son preferibles las aleaciones de alto níquel. Para soldar deben emplearse varillas 253MA equivalentes o Sanicro 71 (ERNiCr-3) a fin de obtener la mejor resistencia a la corrosión.
5. Normas de fabricación generales
ASTM A312: especificación estándar para tuberías de acero inoxidable austenítico sin costura, soldadas y muy trabajadas en frío. La UNS S30815 figura como norma para tuberías resistentes al calor.
ASTM A213: especificación estándar para tubos sin costura de acero aleado ferrítico y austenítico para calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor. La S30815 es apta para entornos de alta temperatura.
ASTM A249: especificación estándar para tubos soldados de acero austenítico para calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor y condensadores. Aplicable al grado S30815.
DIN EN 10216-5: tubos de acero sin costura para servicio a presión, acero inoxidable (1.4893).
GB/T 14976: tubos sin costura de acero inoxidable para transporte de fluidos. Al no existir una norma GB directamente equivalente, se requiere una revisión de sustitución de material.
Tabla comparativa de normas de fabricación:
| Norma | Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM) | EN/DIN | JIS | Norma nacional GB | GOST |
| Tubos sin costura | A312 S30815 | EN 10216-5 (1.4893) | — | — | — |
| Tubos sin costura | A213 S30815 | EN 10216-5 (1.4893) | — | — | — |
| Tubo soldado | A249 S30815 | EN 10217-7 (1.4893) | — | — | — |
6. Principales aplicaciones
- Tubos radiantes en hornos de tratamiento térmico: tubos radiantes de calentamiento eléctrico y por gas empleados en hornos de tratamiento térmico discontinuos y continuos con temperaturas de trabajo de 900-1100 °C. En este intervalo, la excelente resistencia a la oxidación cíclica del 253MA proporciona a los tubos una vida en servicio muy superior a la del acero inoxidable 310 estándar.
- Componentes de quemadores industriales: deflectores de llama, quemadores e insertos de cámara de combustión en hornos industriales de gas. Estos componentes sufren ciclos térmicos frecuentes y picos de temperatura elevados que provocan el desconchado de la capa de óxido en los materiales convencionales.
- Cámaras de poscombustión de incineradoras: elementos estructurales de cámaras de poscombustión de incineradoras de residuos y de recipientes de oxidación térmica que operan entre 900 y 1050 °C en gases de combustión de atmósfera mixta corrosiva.
- Calderas de biomasa y de incineración de residuos: haces tubulares de sobrecalentadores y recalentadores en calderas de biomasa. Los depósitos de cloruros alcalinos, combinados con las altas temperaturas, exigen a estas instalaciones una elevada resistencia a la oxidación y a la corrosión inducida por depósitos.
- Tubos de la sección de convección de hornos de craqueo de etileno: serpentines de la sección de convección en hornos de craqueo con vapor, donde la adherencia de la capa de óxido es el criterio principal de selección del material debido a las cargas térmicas cíclicas y a la atmósfera oxidante de los humos.
