Norma ASTM A213 para tubos sin costura de acero inoxidable

Norma ASTM A213 de tubos sin costura de acero inoxidable

La ASTM A213 es una norma publicada por la Sociedad Estadounidense de Ensayos y Materiales (ASTM) que recoge los requisitos de fabricación y calidad de los Tubos sin costura de acero de aleación ferrítica y austenítica para caldera, sobrecalentador e intercambiador de calor. La norma se aplica a los tubos fabricados en aceros ferríticos —como el T11, el T22 y el T91— y en aceros inoxidables austeníticos —como el TP304, el TP316 y el TP321—, con un espesor de pared mínimo deTubos.

Fija los criterios esenciales: composición química, propiedades mecánicas, condiciones de tratamiento térmico, tolerancias dimensionales y requisitos de ensayo. Ello permite al fabricante entregar tubos que funcionan con fiabilidad a alta temperatura y alta presión.

Los tubos de acero inoxidable ASTM A213 son la especificación estándar para calderas de generación eléctrica, hornos petroquímicos, calentadores de refinería e intercambiadores de calor industriales. Grados como el TP304H y el TP347H soportan servicio de sobrecalentador por encima de 1000 °F (538 °C), mientras que el T91 y el T22 son los materiales habituales en las centrales térmicas. Esta página cubre todos los aspectos de la norma ASTM A213 —grados, composición química, propiedades mecánicas, tolerancias, tratamiento térmico y preguntas frecuentes— para que ingenieros y compradores puedan decidir sobre el material con confianza.

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¿Qué es la ASTM A213?

La ASTM A213 es la especificación estándar para tubos sin costura de acero de aleación ferrítica y austenítica destinados a calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor. La publicó originalmente ASTM International y la mantiene el comité ASTM A01 de acero, acero inoxidable y aleaciones afines.

La especificación cubre los tubos destinados a calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor y condensadores. El tubo se fabrica por proceso sin costura, trabajado en caliente o en frío, y se suministra en estado tratado térmicamente.

Los tubos ASTM A213y las tuberías ASTM A312 presentan una diferencia clave: la A213 cubre el Tubos —especificado por diámetro exterior y espesor de pared—, mientras que la A312 cubre la Tuberías, especificada por NPS y número de schedule. El tubo A213 está concebido específicamente para aplicaciones de transferencia térmica a presión, como calderas e intercambiadores de calor, mientras que la tubería A312 se destina al transporte a presión de fluidos a alta temperatura y corrosivos en general.

Composición química del tubo de acero inoxidable ASTM A213

Los límites de composición química del tubo de acero inoxidable ASTM A213 varían según la familia de grados. Los grados austeníticos recurren al cromo, al níquel y al molibdeno para obtener resistencia a la corrosión, mientras que los ferríticos emplean la combinación cromo-molibdeno para lograr resistencia a alta temperatura. Elementos como el carbono (C), el manganeso (Mn), el fósforo (P), el azufre (S), el silicio (Si), el titanio (Ti) y el niobio (Cb/Nb) se controlan de forma estricta en función del uso previsto de cada grado.

La tabla siguiente recoge los límites de composición química que fija la ASTM A213 para los grados austeníticos más habituales (porcentajes máximos, salvo que se indique un rango).

Grado UNS
Grado
C Mn P S Si Cr Ni Mo Ti Cu Al Otros
304 S30400 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 18.0-20.0 8.0-11.0 - - - - -
304L S30403 0.035 2.00 0.045 0.030 1.00 18.0-20.0 8.0-13.0 - - - - -
304H S30409 0.04-0.1 2.00 0.045 0.030 1.00 18.0-20.0 8.0-11.0 - - - - -
253MA S30815 0.05-0.1 0.80 0.040 0.030 1.4-2.0 20.0-22.0 10.0-12.0 N:0.14-0.20
Ce:0.03-0.08
309S S30908 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 22.0-24.0 12.0-15.0 0.75 - - - -
310S S31008 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 24.0-26.0 19.0-22.0 0.75 - - - -
310H S31009 0.04-0.1 2.00 0.045 0.030 1.00 24.0-26.0 19.0-22.0 - - - - -
254SMO S31254 0.020 1.00 0.030 0.010 0.80 19.5-20.5 17.5-18.5 6.0-6.5 0.5-1.0 N:0.18-0.25
316 S31600 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 2.0-3.0 - - - -
316L S31603 0.035 2.00 0.045 0.030 1.00 16.0-18.0 10.0-14.0 2.0-3.0 - - - -
316Ti S31635 0.080 2.00 0.045 0.030 0.75 16.0-18.0 10.0-14.0 2.0-3.0 5(C+N)-0.7 - - N:≤0.1
317 S31700 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 18.0-20.0 11.0-15.0 3.0-4.0 - - - -
317L S31703 0.035 2.00 0.045 0.030 1.00 18.0-20.0 11.0-15.0 3.0-4.0 - - - -
321 S32100 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 17.0-19.0 9.0-12.0 - 5(C+N)-0.7 - - N:≤0.1
321H S32109 0.04-0.1 2.00 0.045 0.030 1.00 17.0-19.0 9.0-12.0 - 4(C+N)-0.7 - - N:≤0.1
654SMO S32654 0.020 2.0-4.0 0.030 0.005 0.50 24.0-25.0 21.0-23.0 7.0-8.0 0.3-0.6 N:0.45-0.55
347 S34700 0.080 2.00 0.045 0.030 1.00 17.0-19.0 9.0-13.0 - - - - Nb:10C-1.0
347H S34709 0.04-0.1 2.00 0.045 0.030 1.00 17.0-19.0 9.0-13.0 - - - - Nb:8C-1.0
904L N08904 0.020 2.00 0.040 0.030 1.00 19.0-23.0 23.0-28.0 4.0-5.0 - 1.0-2.0 - N:≤0.1
926 N08926 0.020 2.00 0.030 0.010 0.50 19.0-21.0 24.0-26.0 6.0-7.0 - 0.5-1.5 - N:0.15-0.25

Nota: Salvo que se indique un rango, todos los valores son porcentajes máximos. «5xC min» significa que el contenido mínimo de titanio o de niobio debe ser al menos 5 veces el de carbono. Conforme a las reglas de tolerancia de la ASTM A213, el análisis de producto real puede admitir ligeras desviaciones.

Propiedades mecánicas del tubo ASTM A213

Los requisitos de propiedades mecánicas del tubo ASTM A213 comprenden la resistencia a la tracción mínima, el límite elástico y el alargamiento. Estos valores dependen del grado, del método de fabricación (trabajado en caliente o en frío) y del estado de tratamiento térmico. Todos los grados austeníticos deben someterse a recocido de disolución; los ferríticos, a normalizado y revenido (o recocido). La tabla siguiente recoge los requisitos mecánicos estándar de los grados ASTM A213 más habituales.

Grado Estado y dimensiones Temperatura de tratamiento térmico: mínima Resistencia a la tracción
Mín. MPa
Límite elástico
Mín. MPa
Alargamiento
Mín. %
304 1040°C 515 205 35
304L 1040°C 485 170 35
304H Trabajado en frío 1040°C 515 205 35
304H Trabajado en caliente 1040°C 515 205 35
253MA 1040°C 600 310 35
309S 1040°C 515 205 35
310S 1040°C 515 205 35
310H 1040°C 515 205 35
254SMO t≤5mm 1150°C 675 310 35
254SMO t>5mm 1150°C 655 310 35
316 1040°C 515 205 35
316L 1040°C 485 170 35
316Ti 1040°C 515 205 35
317 1040°C 515 205 35
317L 1040°C 515 205 35
321 t≤9.5mm 1040°C 515 205 35
321 t>9.5mm 1040°C 485 170 35
321H Trabajado en frío; t ≤ 9.5 mm 1100°C 515 205 35
321H Trabajado en frío; t > 9.5 mm 1100°C 480 170 35
321H Trabajado en caliente; t ≤ 9.5 mm 1050°C 515 205 35
321H Trabajado en caliente; t > 9.5 mm 1050°C 480 170 35
654SMO 1150°C 750 430 35
347 1040°C 515 205 35
347H Trabajado en frío 1100°C 515 205 35
347H Trabajado en caliente 1050°C 515 205 35
N08904 - 1100°C 490 215 35

Nota: En el ensayo con probeta longitudinal plana, cuando el espesor de pared es inferior a 5/16 in. (8 mm), por cada reducción de 1/32 in. (0.8 mm) debe descontarse del alargamiento mínimo básico un 1.00 % en el 18Cr-2Mo, el T23, el T91 y el T122, y un 1.50 % en todos los demás grados ferríticos. Se aplican asimismo límites de dureza: la mayoría de los grados austeníticos no deben superar 192 HB / 200 HV (90 HRB).

Tolerancias de la ASTM A213

Las tolerancias dimensionales de la ASTM A213 fijan el diámetro exterior (DE), el espesor de pared y la longitud fija. Estos límites dependen del rango de diámetro exterior del tubo y de si se ha trabajado en frío o en caliente. El tubo estirado en frío tiene tolerancias de diámetro exterior más estrictas, mientras que el trabajado en caliente admite desviaciones mayores. La tabla siguiente recoge los límites de tolerancia estándar.

Norma Diámetro exterior (D) Tolerancia (mm) Espesor de pared (S) Tolerancia Longitud Tolerancia
MM Habitualmente alto MM MM MM
A213
HFD
D≤100 +0.4 / -0.8 D<100, S≤2.4 +40% / 0 HFD, todas las medidas +5.0 / 0
+0.4 / -1.2 D<100, 2.4≤S≤3.8 +35% / 0
+0.4 / -1.6 D<100, 3.8≤S≤4.6 +33% / 0
100<D≤200 +0.4 / -1.2 D>100, 2.4≤S≤3.8 +35% / 0
200<D≤225 +0.4 / -1.6 D>100, 3.8≤S≤4.6 +33% / 0
D>100, S>4.6 +28% / 0
A213
CFD
D<25 ±0.10 D≤38.1 +20% / 0 CFD, D<50.8 +3.0 / 0
25≤D≤40 ±0.15
40<D<50 ±0.20
50≤D<65 ±0.25
65≤D<75 ±0.30 D>38.1 +22% / 0 CFD, D≥50.8 +5.0 / 0
75≤D≤100 ±0.38
100<D≤200 +0.38 / -0.64
200<D≤225 +0.38 / -1.14
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Grados de tubo de la ASTM A213

La ASTM A213 cubre dos grandes familias de acero: los aceros de aleación ferrítica y los aceros inoxidables austeníticos. Los grados ferríticos, como el T11 y el T22, se emplean en servicio de caldera a alta temperatura y alta presión. Los austeníticos, como el TP304 y el TP316, se emplean en intercambiadores de calor y sobrecalentadores expuestos a corrosión. La tabla siguiente recoge los grados ASTM A213 que más se especifican, con sus elementos de aleación clave y su aplicación principal.

Grado Elemento de aleación clave Principales aplicaciones Grado UNS
304 Cromo-níquel (18Cr-8Ni) Intercambiadores de calor generales S30400
304L Bajo carbono (18Cr-8Ni) Intercambiadores de calor soldados S30403
304H Mayor carbono (18Cr-8Ni) Tubos de sobrecalentador S30409
309S Alto Cr-Ni (22Cr-12Ni) Servicio de oxidación a alta temperatura S30908
310S Mayor Cr-Ni (25Cr-20Ni) Hornos y servicio a alta temperatura S31008
310H Mayor carbono (25Cr-20Ni) Servicio con exigencia de fluencia S31009
316 Molibdeno (16Cr-10Ni-2Mo) Servicio químico/marino S31600
316L Bajo carbono + Mo Servicio corrosivo soldado S31603
316Ti Titanio + Mo Servicio corrosivo estabilizado S31635
317 Mayor molibdeno Exposición química severa S31700
317L Bajo carbono + mayor Mo Resistencia a la picadura en soldadura S31703
321 Estabilizado con titanio Resistencia a la corrosión intergranular S32100
321H Ti + mayor carbono Estabilidad a alta temperatura S32109
347 Estabilizado con niobio Fluencia + resistencia a la corrosión intergranular S34700
347H Nb + mayor carbono Tubos de sobrecalentador/recalentador S34709
T11 1.25Cr-0.5Mo Tubos de caldera, hasta 1050 °F
T22 2.25Cr-1Mo Tubos de caldera, hasta 1115 °F
T91 9Cr-1Mo-V Centrales eléctricas de alto rendimiento

Grado 304

El SS 304 es el grado de tubo de acero inoxidable austenítico más empleado bajo la ASTM A213. Con un 18 % de cromo y un 8 % de níquel, aporta una resistencia a la corrosión fiable en intercambiadores de calor, condensadores y sistemas de caldera de uso general.

Más información sobre el material 304

Grado 304L

El SS 304L es la versión de bajo carbono del SS 304 y reduce el riesgo de precipitación de carburos durante la soldadura. Ello lo convierte en la opción preferente para haces de intercambiador soldados en los que no resulta viable el tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Más información sobre el material 304L

Grado 304H

El SS 304H presenta un contenido de carbono controlado y más elevado, del 0.04 al 0.10 %, para mejorar la resistencia a la fluencia por encima de 1000 °F (538 °C). Se emplea con frecuencia en tubos de sobrecalentador y recalentador de calderas de generación eléctrica.

Grado 309S

El SS 309S ofrece una elevada resistencia a la oxidación hasta 1800 °F (982 °C). Sus contenidos superiores de cromo (22 %) y níquel (12 %) lo hacen adecuado para componentes de horno y sistemas de recuperación de calor residual.

Grado 310S

El SS 310S ofrece la mejor resistencia a la oxidación a alta temperatura de los grados austeníticos habituales. Con un 25 % de cromo y un 20 % de níquel, soporta servicio continuo hasta 2000 °F (1093 °C) en condiciones no cíclicas.

Más información sobre el material 310S

Grado 316

El SS 316 añade un 2-3 % de molibdeno a la composición base 18Cr-10Ni para mejorar la resistencia a los cloruros y a los productos químicos. Es el grado estándar para intercambiadores de calor en plantas químicas, producción farmacéutica e instalaciones costeras.

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Grado 316L

El SS 316L limita el contenido de carbono a un máximo del 0.035 % para evitar la sensibilización en las uniones soldadas del tubo. Se emplea ampliamente en intercambiadores de calor farmacéuticos, de grado alimentario y de procesado químico, donde la integridad del cordón resulta esencial.

Más información sobre el material 316L

Grado 316Ti

El SS 316Ti es la variante del SS 316 estabilizada con titanio y resiste la corrosión intergranular tras una exposición prolongada a alta temperatura. El titanio se combina con el carbono e impide la formación de carburos de cromo en los bordes de grano.

Más información sobre el material 316Ti

El grado 317

El SS 317 contiene un 3-4 % de molibdeno, aproximadamente el doble que el SS 316. Ese molibdeno adicional le confiere una resistencia sobresaliente a la picadura y a la corrosión por rendijas en medios químicos muy corrosivos.

Más información sobre el material 317

Grado 317L

El SS 317L es la versión de bajo carbono del SS 317, concebida para servicio soldado en medios muy corrosivos. Se comporta bien en ácido sulfúrico, ácido acético y fluidos de proceso con cloruros.

Más información sobre el material 317L

El grado 321

El SS 321 está estabilizado con titanio para evitar la corrosión intergranular en el rango de 800-1500 °F (427-816 °C). Es el grado estándar en sistemas de escape de aeronaves, fuelles de dilatación e intercambiadores de calor de refinería.

Más información sobre el material 321

Grado 321H

El SS 321H es la variante de alto carbono del SS 321, con mayor resistencia a la fluencia y a la rotura por termofluencia. Resulta más adecuado que el SS 321 estándar para servicio continuo por encima de 1000 °F (538 °C).

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El grado 347

El SS 347 se estabiliza con niobio (columbio) en lugar de titanio. A temperaturas muy elevadas, el niobio forma carburos más estables que el titanio, lo que convierte al SS 347 en una opción fiable para tubos de sobrecalentador y de reactor.

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Grado 347H

El SS 347H es la variante de alto carbono del SS 347 y uno de los grados que más se especifican en sobrecalentadores de centrales eléctricas. Su tamaño de grano controlado (ASTM 7 o más grueso), combinado con un contenido de carbono del 0.04-0.10 %, aporta una resistencia a la fluencia excelente por encima de 1000 °F (538 °C).

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Requisitos de tratamiento térmico de la ASTM A213

Todo el tubo ASTM A213 debe someterse a tratamiento térmico. El método varía según se trate de la familia austenítica o de la ferrítica. Un tratamiento térmico correcto controla el tamaño de grano, elimina las tensiones residuales y determina las propiedades mecánicas finales.

Grados austeníticos (TP304, TP316, TP321, TP347, entre otros): todo tubo austenítico debe someterse a recocido de disolución a una temperatura mínima de 1900°F (1040°C), seguido de temple en agua o de otro enfriamiento rápido. Con ello los carburos de cromo vuelven a disolverse en la matriz y se restituye la plena resistencia a la corrosión.

Grados de la clase H (TP304H, TP321H, TP347H): tras el recocido de disolución, el tamaño de grano debe ser ASTM 7 o más grueso. Esa estructura de grano más grueso mejora la resistencia a la fluencia a temperaturas de servicio por encima de 1000 °F (538 °C).

Grados ferríticos (T11, T22, T91, T92, entre otros): el tubo de acero de aleación ferrítica debe normalizarse y revenirse, recocerse por completo o someterse a recocido isotérmico. En el T91, la temperatura mínima de normalizado es de 1900°F (1040°C) y el revenido posterior se realiza a una temperatura mínima de 1350°F (730°C).

Requisitos de ensayo e inspección

La ASTM A213 establece varios ensayos previos a la expedición para verificar la calidad del tubo. Cada lote debe superar el análisis químico, los ensayos mecánicos (tracción y dureza) y uno de los dos siguientes: prueba hidrostática o ensayo eléctrico no destructivo (END). A continuación se resume cada uno de los ensayos exigidos.

Ensayo de tracción

En lotes de 50 tubos o menos se realiza un ensayo de tracción por lote. En lotes de más de 50 tubos se requieren 2 probetas. El ensayo mide la resistencia a la tracción, el límite elástico (desviación del 0.2 %) y el alargamiento sobre una base de medida de 2 in. (50 mm) o 4D.

Ensayo de aplastamiento

Por lote se realiza un ensayo de aplastamiento en cada extremo de un tubo acabado. El tramo de tubo se aplasta entre placas paralelas hasta que la separación entre placas alcanza el valor que determina la relación entre el diámetro exterior y el espesor de pared. No deben aparecer fisuras ni grietas.

Ensayo de abocardado

Por lote se realiza un ensayo de abocardado en cada extremo de un tubo acabado. El extremo del tubo se expande sobre un mandril cónico de 60° hasta que el diámetro exterior aumenta el porcentaje especificado. El tubo debe quedar libre de fisuras y roturas.

Ensayo de dureza

Por lote se realiza un ensayo de dureza Brinell o Rockwell sobre 2 tubos. En la mayoría de los grados austeníticos no debe superarse 192 HB / 200 HV / 90 HRB. Los límites de los grados ferríticos varían: por ejemplo, el T91 no debe superar 250 HB / 265 HV / 25 HRC.

Ensayo hidrostático o no destructivo

Cada tubo debe superar la prueba hidrostática o un ensayo eléctrico no destructivo (corrientes inducidas conforme a ASTM E426). La presión de la prueba hidrostática se calcula con la fórmula P = 2St/D, donde S = tensión admisible (el 60 % del límite elástico mínimo especificado), t = espesor de pared y D = diámetro exterior.

Preguntas frecuentes

  • ¿En qué se diferencian la ASTM A213 y la ASTM A269?
    La ASTM A213 cubre los tubos de caldera, sobrecalentador e intercambiador de calor concebidos para servicio a alta temperatura y alta presión. La ASTM A269 cubre el tubo de acero inoxidable austenítico de uso general. La A213 exige un control más estricto del tamaño de grano, prueba hidrostática o ensayo no destructivo obligatorios y condiciones concretas de tratamiento térmico. La A269 es una especificación más ligera, adecuada para líneas de instrumentación, transporte a baja presión y sistemas sanitarios.
  • ¿En qué se diferencian la ASTM A213 y la ASTM A312?
    La A213 cubre tubo sin costura; la A312, tubería sin costura, soldada y con trabajo en frío intenso. El tubo A213 se dimensiona por diámetro exterior y espesor de pared, mientras que la tubería A312 emplea el NPS (diámetro nominal de tubería) y el número de schedule. El tubo A213 está concebido para aplicaciones de transferencia térmica y de caldera; la tubería A312, para el transporte de fluidos a presión.
  • ¿Qué grados de acero inoxidable cubre la ASTM A213?
    La ASTM A213 cubre más de 30 grados austeníticos y ferríticos. Entre los austeníticos habituales figuran el TP304, TP304L, TP304H, TP309S, TP310S, TP316, TP316L, TP316Ti, TP317, TP317L, TP321, TP321H, TP347 y TP347H. Entre los ferríticos habituales, el T2, T5, T9, T11, T12, T22, T23, T91, T92 y T122.
  • ¿Es apta la ASTM A213 para servicio a alta temperatura?
    Sí; la ASTM A213 es una de las normas principales para tubo de alta temperatura. Los tubos austeníticos de la clase H (TP304H, TP321H, TP347H) están concebidos para servicio continuo por encima de 1000 °F (538 °C). Los grados ferríticos T91 y T92 soportan temperaturas de vapor de hasta 1200 °F (649 °C) en las centrales ultrasupercríticas modernas.
  • ¿Qué tratamiento térmico exige el tubo ASTM A213?
    Todos los grados austeníticos requieren recocido de disolución a 1900 °F (1040 °C) como mínimo, seguido de enfriamiento rápido. Los grados ferríticos requieren normalizado y revenido (o recocido). Por ejemplo, el T22 se normaliza a 1900 °F y se reviene a 1250 °F como mínimo; el T91 se normaliza a 1900 °F y se reviene a 1350 °F como mínimo.
  • ¿Cómo elegir entre ASTM A213 TP304 y TP316 en un intercambiador de calor?
    Elija TP316 cuando el fluido de proceso contenga cloruros, ácidos o productos químicos muy corrosivos. El 2-3 % de molibdeno del TP316 le confiere mejor resistencia a la picadura y a la corrosión por rendijas que al TP304. Para agua limpia, vapor o medios químicos suaves, el TP304 ofrece la misma resistencia mecánica con un coste de material menor.
  • ¿Cuáles son el diámetro exterior y el espesor de pared máximos del tubo ASTM A213?
    Las medidas estándar cubren tubos de hasta 5 in. (127 mm) de diámetro exterior y hasta 0.500 in. (12.7 mm) de espesor de pared. Pueden suministrarse otras medidas previo acuerdo entre el comprador y el fabricante, siempre que el tubo cumpla todos los demás requisitos de la especificación.
  • ¿Puede emplearse el tubo ASTM A213 en aplicaciones del Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión?
    Sí. La ASTM A213 tiene su especificación ASME equivalente: la SA-213, recogida en el volumen II, parte A, del Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión. El tubo fabricado según ASTM A213 que cumpla además los requisitos ASME puede marcarse con el grado SA-213 para su uso en equipos a presión con sello de código.
  • ¿Por qué es importante el requisito de tamaño de grano en los tubos de la clase H?
    El tubo de la clase H (TP304H, TP316H, TP321H, TP347H) debe tener un tamaño de grano ASTM de 7 o más grueso. El grano más grueso reduce el área de bordes de grano y frena así la deformación por fluencia a alta temperatura. Una estructura de grano más fino debilita el tubo bajo tensión térmica prolongada por encima de 1000 °F (538 °C).
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