La aleación 20 contiene un 32-38 % de níquel y un 31-44 % de hierro, lo que la sitúa en la frontera entre los aceros inoxidables austeníticos y las aleaciones de níquel. ASTM la clasifica en el comité B-2 (aleaciones de níquel no férreas) y no en el comité A-1, que corresponde a los aceros. A efectos de compra debe tratarse como una aleación de níquel. El prefijo «N» del sistema UNS designa el níquel y las aleaciones base níquel.
Norma ASTM B729 de tuberías y tubos sin costura de aleación 20 (UNS N08020)
ASTM B729 es la especificación estándar de tuberías y tubos sin costura de aleación de níquel UNS N08020, UNS N08026 y UNS N08024 y cubre los materiales de la familia de la aleación 20. La aleación 20 (UNS N08020), conocida también como Carpenter 20Cb-3, está diseñada específicamente para resistir el ácido sulfúrico y supera a cualquier otra aleación de su misma franja de precio.
La especificación fija la composición química, las propiedades mecánicas, las condiciones de tratamiento térmico, la prueba hidrostática o el ensayo eléctrico no destructivo y el marcado del producto de tres aleaciones Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb emparentadas. En la mayoría de los medios con ácidos mixtos y cloruros, su resistencia a la corrosión es superior a la del acero inoxidable 316L, pero inferior a la del Incoloy 825. Ofrecen una resistencia al ácido sulfúrico mejor que la del 316L a un coste inferior al de la 825 y, gracias a la estabilización con niobio, evitan la corrosión intergranular en estado bruto de soldadura.
Las tuberías y tubos de aleación 20 ASTM B729 se emplean en plantas de ácido sulfúrico, evaporadores de ácido fosfórico, intercambiadores de calor de proceso químico, reactores farmacéuticos, equipos de procesado de alimentos, sistemas de decapado y lavadores de desulfuración de gases de combustión. Esta guía recorre todos los apartados de la B729: los tres grados de aleación, su composición química, sus propiedades mecánicas, las diferencias de tratamiento térmico, las tolerancias dimensionales, la prueba hidrostática, las aplicaciones principales y unas preguntas frecuentes de utilidad práctica.
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¿Qué es la ASTM B729?
ASTM B729 es la especificación estándar de ASTM International para tuberías y tubos sin costura de aleación de níquel UNS N08020, UNS N08026 y UNS N08024. Depende del subcomité B02.07 de níquel y cobalto refinados y sus aleaciones, dentro del comité ASTM B-2 de metales y aleaciones no férreos.
Las tres aleaciones comparten la misma base níquel-hierro-cromo-molibdeno-cobre-niobio, pero cada una presenta un equilibrio de elementos y un tratamiento térmico distintos, orientados a un medio corrosivo concreto. Los requisitos generales están gobernados por la ASTM B829.
La familia de la aleación 20 se caracteriza por la combinación de cobre (resistencia al ácido sulfúrico), molibdeno (resistencia a la picadura y a las rendijas) y niobio (prevención de la corrosión intergranular). El contenido de niobio, calculado como 8 veces el de carbono con un tope del 1.00 %, fija el carbono en forma de carburo de niobio (NbC) y no de carburos de cromo (Cr₂₃C₆), lo que evita el empobrecimiento en cromo de los bordes de grano causante de la sensibilización. Ello significa que la aleación 20 puede emplearse en estado bruto de soldadura sin recocido de disolución, una ventaja de fabricación importante.
La especificación ASME equivalente es la SB-729, recogida en el volumen II, parte B, del Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión. El material que cumple la ASTM B729 puede marcarse con el grado SB-729 para equipos a presión con sello de código. ASME limita la temperatura máxima de diseño de la aleación 20 en servicio a presión a 1000°F (538°C).
Composición química de la ASTM B729
Las tres aleaciones de la ASTM B729 comparten la estructura Ni-Fe-Cr-Mo-Cu, pero difieren en el equilibrio de esos elementos, en especial del molibdeno, el cobre y el nitrógeno. La N08020 presenta el mayor contenido de cobre (3-4 %) para resistir el ácido sulfúrico; la N08026, el mayor contenido de molibdeno (5-6.70 %) y adición de nitrógeno (0.10-0.16 %) para resistir la picadura por cloruros; la N08024 se sitúa entre ambas. La tabla siguiente recoge los requisitos completos de composición.
| Grado | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | Ti | Cu | Al | Otros |
| Aleación 20 (N08020) | 0.07 | 2.00 | 0.045 | 0.035 | 1.00 | 19.0–21.0 | 32.0–38.0 | 2.0–3.0 | - | 3.0–4.0 | - | Nb+Ta: 8C-1 |
| Aleación 20Mo-6 (N08026) | 0.03 | 1.00 | 0.03 | 0.03 | 0.50 | 22.0–26.0 | 33.0–37.2 | 5.0–6.7 | - | 1.0–3.5 | - | Fe: resto |
| Aleación 20Mo-4 (N08024) | 0.03 | 1.00 | 0.035 | 0.035 | 0.50 | 22.5–25.0 | 35.0–40.0 | 3.5–5.0 | - | 0.50–1.50 | - | Fe: resto; Nb+Ta: 8C–0.50 |
Propiedades mecánicas de la ASTM B729
Las tres aleaciones de la ASTM B729 comparten las mismas propiedades mecánicas mínimas: 80,000 psi (550 MPa) de resistencia a la tracción, 35,000 psi (240 MPa) de límite elástico y un 30 % de alargamiento. Este requisito común simplifica la selección de material: la elección entre la N08020, la N08026 y la N08024 depende exclusivamente de la resistencia a la corrosión, y no de la resistencia mecánica.
| Grado | Estado y dimensiones | Norma | Temperatura de tratamiento térmico | Resistencia a la tracción Mín. MPa |
Límite elástico Mín. MPa |
Alargamiento Mín. % |
| Aleación 20 (N08020) |
Recocido | B729 | 925–1010°C | 550 | 240 | 30 |
| Aleación 20Mo-6 (N08026) |
Recocido | B729 | 1065–1120°C | 620 | 275 | 30 |
| Aleación 20Mo-4 (N08024) |
Recocido | B729 | 1010–1065°C | 586 | 241 | 30 |
Nota: Estos son los valores mínimos a temperatura ambiente.
Tolerancias de la ASTM B729
Las tolerancias de la ASTM B729 fijan las desviaciones admisibles de diámetro exterior, espesor de pared y longitud de las tuberías de aleación de níquel trabajadas en frío y en caliente que recoge la norma.
| Norma | Diámetro exterior (D) | Tolerancia (mm) | Espesor de pared (S) | Tolerancia | Longitud | Tolerancia |
| MM | Habitualmente alto | MM | MM | MM | ||
| B729 (trabajado en frío) |
D≤10 | ±0.1 | D<16, S(Ave) | ±15% | D≤50.8 | +3.2/0 |
| 10<D≤16 | ±0.13 | 16<D≤114, S(Ave) | ±10% | |||
| 16<D≤38 | ±0.19 | 114<D≤219, S(Ave) | ±12.5% | |||
| 38<D≤76 | ±0.25 | 219<D≤610, S(Ave) | ±15%/-12.5% | |||
| 76<D≤114 | ±0.38 | D≤16, S(Min) | +30%/0 | |||
| 114<D≤152 | ±0.51 | 16<D≤114, S(Min) | +22%/0 | D≥50.8 | +4.8/0 | |
| 152≤D≤168 | ±0.64 | 114<D≤219, S(Ave) | +28%/0 | |||
| 168<D≤219 | ±0.79 | 219<D≤610, S(Ave) | +30%/0 | |||
| 219<D≤356 | +1.57/-0.79 | |||||
| 356<D≤610 | +3.18/-0.79 | |||||
| B729 (trabajado en caliente) |
19≤D≤38 | -0.5 | Todas las medidas, S(med.) | ±12.5% | D≤50.8 | +3.2/0 |
| 38.1<D≤102 | ±0.8 | D≥50.8 | +4.8/0 |
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Grados de aleación de la ASTM B729
La ASTM B729 cubre tres grados UNS. La N08020 (aleación 20 / Carpenter 20Cb-3) representa, por volumen, más del 90 % de la producción bajo la B729. La N08026 es una variante con mayor contenido de molibdeno y adición de nitrógeno, destinada a medios más agresivos. La N08024 se sitúa entre ambas, con un contenido moderado de molibdeno y un control de composición más estricto. La tabla siguiente resume las diferencias principales.
| Parámetro | N08020 (aleación 20) | N08026 | N08024 |
| Nombre comercial | Carpenter 20Cb-3 | — | — |
| Níquel, % | 32–38 | 33–37.20 | 35–40 |
| Cromo, % | 19–21 | 22–26 | 22.5–25 |
| Molibdeno, % | 2–3 | 5–6.70 | 3.5–5 |
| Cobre, % | 3–4 | 2–4 | 0.5–1.5 |
| Nb + Ta | 8 × C hasta 1.00 | — | 0.15–0.35 |
| Nitrógeno, % | — | 0.10–0.16 | — |
| Carbono, % máx. | 0.07 | 0.03 | 0.03 |
| Condición | Recocido de estabilización | Recocido de disolución | Recocido |
| Temperatura de recocido, °F (°C) | 1800–1850 (982–1010) | 2050–2200 (1121–1204) | 1925–1975 (1052–1079) |
| Servicio con ácido sulfúrico | Principales aplicaciones | Superior (mayor contenido de Mo) | Moderada |
| Picadura por cloruros | Comparable a la del 316L | Superior (mayor Cr+Mo+N) | Superior a la de la N08020 |
UNS N08020
Aleación 20 contiene Ni (32-38 % Ni), 20 % Cr, 2.5 % Mo y 3.5 % Cu, y está diseñada específicamente para servicio con ácido sulfúrico. El cobre aporta una elevada resistencia en un amplio rango de concentraciones de ácido sulfúrico, mientras que la estabilización con niobio evita la corrosión intergranular. Se suministra en estado recocido de estabilización, apta para su empleo en estado bruto de soldadura sin tratamiento térmico posterior.
UNS N08026
UNS N08026 es la versión más aleada, con un 22-26 % de Cr, un 5-6.7 % de Mo y adición de nitrógeno para reforzar la resistencia a la corrosión. Ofrece una resistencia superior a la picadura y a la corrosión por rendijas en medios de cloruros calientes y ácidos mixtos. Se recuece en disolución a mayor temperatura para maximizar las prestaciones de la aleación en condiciones agresivas de ácido sulfúrico con cloruros.
UNS N08024
UNS N08024 es el grado intermedio, con contenidos de Ni y Cr superiores a los de la N08020 y un contenido moderado de molibdeno. Ofrece una mejor resistencia a la corrosión en conjunto y un mejor comportamiento en medios de ácidos mixtos. Se somete a estabilización y recocido, con el carbono controlado, para garantizar una soldabilidad fiable y la integridad estructural.
Requisitos de tratamiento térmico de la ASTM B729
Cada aleación de la ASTM B729 requiere un tratamiento térmico distinto para alcanzar la resistencia a la corrosión especificada. La diferencia principal se da entre el recocido de estabilización (N08020), el recocido de disolución (N08026) y el recocido estándar (N08024). Las tres requieren, tras el recocido, un enfriamiento rápido por temple en agua o método equivalente, para impedir que vuelvan a precipitar carburos.
La menor temperatura de recocido de la N08020 (1800-1850 °F, frente a 2050-2200 °F en la N08026) es posible porque su estabilización con niobio proporciona protección frente a la corrosión intergranular incluso a temperaturas más bajas. La N08026 necesita una temperatura superior para llevar a disolución sus contenidos elevados de molibdeno y cromo; de lo contrario podrían precipitar fases intermetálicas ricas en molibdeno y reducir la resistencia a la corrosión.
Requisitos de ensayo e inspección
La ASTM B729 exige análisis químico, ensayo de tracción y prueba hidrostática o ensayo eléctrico no destructivo (END) en cada lote. Estos requisitos se aplican junto con el marco general de ensayos de la ASTM B829.
Análisis químico
Un ensayo por lote (una colada). El análisis de producto (de comprobación) es responsabilidad del comprador y debe cumplir las tolerancias exigidas.
Ensayo de tracción
Un ensayo por lote. Se prefiere la probeta de sección tubular completa; cuando no es posible ensayarla, se emplean probetas longitudinales planas o cilíndricas. El ensayo se realiza conforme a ASTM E 8.
Prueba hidrostática o ensayo eléctrico no destructivo
Cada tubería y tubo se ensaya, a elección del fabricante, mediante prueba hidrostática o ensayo eléctrico no destructivo (corrientes inducidas). El comprador puede especificar cuál de los dos debe realizarse.
Preguntas frecuentes
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¿La aleación 20 es un acero inoxidable o una aleación de níquel?
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¿Cómo se compara la aleación 20 con el 316L en ácido sulfúrico?En servicio con ácido sulfúrico, la aleación 20 supera con claridad al 316L. En H₂SO₄ al 20 % a 175 °F (80 °C), la velocidad de corrosión del 316L ronda las 50-100 mpy (1.3-2.5 mm/año), valor contrastado con datos de planta para su uso en diseño, mientras que la aleación 20 se mantiene por debajo de 5 mpy (0.13 mm/año). El 3.5 % de cobre de la aleación 20 forma una película superficial protectora de CuSO₄ que frena notablemente la velocidad de disolución. El 316L no contiene cobre y depende únicamente de su película pasiva de Cr₂O₃, que se destruye en medios ácidos reductores.
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¿Cómo se compara la aleación 20 con el Incoloy 825 (ASTM B423)?El Incoloy 825 presenta un contenido de molibdeno que se solapa con el de la aleación 20 (2.5-3.5 % frente a 2-3 %), un contenido de níquel superior (en torno al 42 %) y estabilización con titanio en lugar de niobio. A diferencia de la estabilización con niobio de la aleación 20, que permite el uso en estado bruto de soldadura, la estabilización con titanio de la 825 requiere un recocido de estabilización controlado. Ello confiere a la 825 una resistencia a la corrosión más amplia en la mayoría de los medios, pero con un coste de material entre un 15 y un 25 % superior. Cuando el medio corrosivo principal es el ácido sulfúrico a temperatura moderada, la aleación 20 resulta más rentable. Para medios de ácidos mixtos con exposición significativa a cloruros puede ser más adecuada la ASTM B423.
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¿Puede emplearse la aleación 20 con ácido clorhídrico?La aleación 20 solo puede emplearse con HCl muy diluido (por debajo del 1-2 %) y a temperatura ambiente. No se recomienda para servicio con HCl concentrado o caliente. Frente al Hastelloy B-2 (28 % Mo) o al Hastelloy C-276 (16 % Mo), su 2.5 % de Mo aporta una resistencia limitada a los ácidos reductores.
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¿Qué metal de aportación se emplea para soldar la aleación 20?El metal de aportación estándar de la aleación 20 es el ERNiCrMo-3 (hilo de aportación de Inconel 625, AWS A5.14) para GTAW, o el ENiCrMo-6 (AWS A5.11) para SMAW. También puede emplearse el hilo equivalente ER320 (AWS A5.9), aunque se especifica con menos frecuencia, ya que el ERNiCrMo-3 aporta mayor resistencia a la corrosión en el metal de soldadura. No se requiere precalentamiento. La temperatura entre pasadas debe mantenerse por debajo de 300 °F (150 °C). La estabilización con niobio del metal base hace que por lo general no sea necesario el PWHT.
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¿Cuál es la norma ASME equivalente a la ASTM B729?La ASME SB-729 es la misma especificación, adoptada en el volumen II, parte B, del Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión. El material conforme a la ASTM B729 puede llevar el grado SB-729 para su uso en recipientes a presión, intercambiadores de calor y tuberías certificados por código. ASME limita la temperatura máxima de diseño de la aleación 20 a 1000 °F (538 °C).
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¿En qué se diferencian la N08020 y la N08026?La N08026 tiene aproximadamente el doble de molibdeno (5-6.70 % frente a 2-3 %), un contenido de cromo superior (22-26 % frente a 19-21 %) y una adición intencionada de nitrógeno (0.10-0.16 %). Ello le confiere una resistencia superior a la picadura y a la corrosión por rendijas, y un mejor comportamiento en ácido sulfúrico caliente con cloruros. La N08026 se recuece en disolución a 2050-2200 °F, muy por encima de los 1800-1850 °F de la N08020. Debe emplearse la N08026 cuando la aleación 20 estándar alcanza su límite frente a la corrosión, en especial en medios ácidos contaminados con cloruros.
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¿Resiste la aleación 20 la corrosión bajo tensión?Sí. Su contenido de níquel del 35 % permite a la aleación 20 resistir los dos modos de fallo que arruinan a los aceros inoxidables 304 y 316: la corrosión bajo tensión por cloruros y la producida por ácidos politiónicos. Las aleaciones con más de un 25-30 % de níquel se consideran por lo general inmunes a la corrosión bajo tensión por cloruros, y la aleación 20 supera ese umbral. La aleación 20 puede cualificarse para servicio amargo conforme a NACE MR0175/ISO 15156, siempre que se cumplan los límites de dureza y las condiciones ambientales que fija la norma. Consulte la norma directamente antes de seleccionar el material para servicio con H₂S.
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¿Cuál es la temperatura máxima de servicio de la aleación 20?ASME limita la aleación 20 a 1000 °F (538 °C) en servicio a presión. Por encima de esa temperatura la aleación pierde su ventaja frente a la corrosión y no alcanza la resistencia a la fluencia de aleaciones de alta temperatura como el Incoloy 800H (ASTM B407).