Sí. Los documentos se publican conjuntamente como NACE MR0175/ISO 15156 y son técnicamente idénticos. NACE MR0175 se publicó por primera vez en 1975 y estableció los umbrales originales de presión parcial de H₂S. La serie ISO 15156 se completó en 2003, fusionando el material de origen de NACE con las Publicaciones 16 y 17 de la EFC.
Norma ISO 15156-1:2020
Los pozos ácidos destruyen rápidamente el acero equivocado. ISO 15156-1:2020 es el reglamento que evita que eso ocurra. Su título completo es Industrias del petróleo y del gas natural — Materiales para uso en ambientes que contienen H₂S en la producción de petróleo y gas — Parte 1: Principios generales para la selección de materiales resistentes al agrietamiento.
La Parte 1 no enumera aleaciones. Establece el método: cómo se definen las condiciones de servicio, contra qué siete mecanismos de agrietamiento se debe diseñar y las tres rutas disponibles para calificar un material. Las listas de aleaciones se encuentran en la Parte 2 (aceros al carbono y de baja aleación) y en la Parte 3 (aleaciones resistentes a la corrosión).
ISO 15156-1 se publica conjuntamente como NACE MR0175/ISO 15156, por lo que ambas designaciones describen los mismos requisitos técnicos. Esta guía cubre el alcance y la lista de equipos, los mecanismos de agrietamiento, los factores de las condiciones de servicio que se deben documentar, las tres rutas de calificación, los grados CRA que XTD suministra para servicio ácido, la composición química, los límites de dureza y mecánicos, las tolerancias dimensionales, los requisitos de informes, las aplicaciones y las preguntas frecuentes.
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¿Qué es ISO 15156-1:2020?
ISO 15156-1:2020 describe los principios generales y establece los requisitos para seleccionar y calificar materiales metálicos para equipos utilizados en la producción de petróleo y gas y en plantas de endulzamiento de gas natural en ambientes que contienen H₂S. Se aplica cuando el fallo del equipo pondría en riesgo al público, al personal o al medio ambiente.
La norma fue preparada por el ISO/TC 67 junto con el CEN/TC 12 en virtud del Acuerdo de Viena. Esta cuarta edición anula y sustituye a ISO 15156-1:2015 y se publicó en noviembre de 2020. Se añadieron tres definiciones nuevas: agrietamiento por hidrógeno bajo tensión inducido galvánicamente (GHSC), actividad química y fugacidad. La edición también amplía la descripción de los factores que afectan la susceptibilidad al agrietamiento, incluida la orientación del Anexo C sobre la fugacidad.
Una frase de la norma merece atención antes de cualquier decisión sobre materiales. Los materiales seleccionados mediante ISO 15156-1 resisten el agrietamiento en ambientes definidos con H₂S; no son inmunes al agrietamiento en todas las condiciones de servicio. El usuario del equipo es responsable de seleccionar un material satisfactorio para el ambiente de servicio. El proveedor sigue siendo responsable de cumplir los requisitos metalúrgicos, de fabricación, de ensayo, de marcado y de documentación.
ISO 15156-1 complementa los códigos de diseño; no los sustituye. Una tubería puede cumplir ASME B31.3 en el diseño a presión y aun así fallar en servicio ácido si el material nunca fue calificado conforme a esta norma.
La serie ISO 15156: tres partes y qué cubre cada una
La serie se divide en principios generales, aceros al carbono y de baja aleación, y aleaciones resistentes a la corrosión. Si elige la parte equivocada, estará leyendo límites de una familia de materiales que no está comprando.
| Norma | Título | Qué contiene |
| ISO 15156-1 | Principios generales para la selección de materiales resistentes al agrietamiento | Método, definiciones, mecanismos de agrietamiento, rutas de calificación, informes |
| ISO 15156-2 | Aceros al carbono y de baja aleación resistentes al agrietamiento, y el uso de fundiciones | Listas de materiales del Anexo A, regiones de severidad del ambiente, métodos de ensayo HIC/SOHIC/SZC |
| ISO 15156-3 | CRA (aleaciones resistentes a la corrosión) y otras aleaciones resistentes al agrietamiento | Tablas del Anexo A de CRA calificadas con límites de H₂S, temperatura, cloruro y pH |
Para tubulares de acero inoxidable, dúplex y aleaciones de níquel, ISO 15156-3 es el documento operativo. Cada grado de tubería de aleación de níquel calificado para servicio ácido aparece en una tabla del Anexo A de ISO 15156-3 con su propia condición metalúrgica, su límite máximo de dureza y su envolvente ambiental.
Los métodos de ensayo de apoyo están fuera de la serie. NACE TM0177 cubre los ensayos de laboratorio de SSC y SCC; NACE TM0284 cubre la evaluación de HIC en aceros para tuberías de transporte y recipientes a presión.
7 mecanismos de agrietamiento cubiertos por ISO 15156-1: SSC, SCC, HIC, SWC, SOHIC, SZC y GHSC
ISO 15156-1 aborda todos los mecanismos de agrietamiento que el H₂S puede causar. Siete se nombran en el alcance, y cada uno ataca una debilidad diferente. Cinco necesitan tensión de tracción (residual o aplicada), y el GHSC requiere además un par galvánico. Dos, HIC y SWC, no necesitan tensión aplicada externamente.
| Mecanismo | Abreviatura | ¿Requiere tensión? | Víctima típica |
| Agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros | SSC | Sí (residual o aplicada) | Aceros de alta resistencia, zonas de soldadura duras |
| Corrosión bajo tensión | SCC | Sí (residual o aplicada) | CRA en cloruro + H₂S a temperatura |
| Agrietamiento inducido por hidrógeno | HIC | Sin tensión externa | Aceros con inclusiones planares, bandeado |
| Agrietamiento escalonado | SWC | Sin tensión externa | Aceros de baja resistencia en chapa para tuberías y recipientes |
| HIC orientado por tensión | SOHIC | Sí | Tubería soldada longitudinalmente, ZAT de recipientes a presión |
| Agrietamiento en zonas blandas | SZC | Sí | Zonas locales de bajo límite elástico en soldaduras de acero al carbono |
| HSC inducido galvánicamente | GHSC | Sí | Cátodo de un par galvánico |
Agrietamiento por tensión en presencia de sulfuros (SSC)
El SSC es el agrietamiento del metal que involucra corrosión y tensión de tracción en presencia de agua y H₂S. Es una forma de agrietamiento por hidrógeno bajo tensión. La corrosión ácida en la superficie del metal produce hidrógeno atómico, los sulfuros favorecen su absorción y el hidrógeno se difunde en el metal, reduciendo la ductilidad. Los materiales de alta resistencia y las zonas de soldadura duras son los primeros en fallar.
Corrosión bajo tensión (SCC)
La SCC involucra procesos anódicos de corrosión localizada más tensión de tracción en presencia de agua y H₂S. Los cloruros, los oxidantes y la temperatura elevada aumentan la susceptibilidad. Por eso las tablas de la Parte 3 incluyen columnas de cloruro y temperatura junto a la presión parcial de H₂S.
Agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC)
El HIC es un agrietamiento planar en aceros al carbono y de baja aleación que ocurre cuando el hidrógeno atómico se difunde en el acero y se recombina como hidrógeno molecular en sitios de atrapamiento. No se necesita tensión aplicada externamente; la presurización de los sitios de atrapamiento hace el trabajo. Los sitios de atrapamiento se concentran en aceros con altos niveles de impurezas, inclusiones planares densas y bandeado de segregación.
Agrietamiento escalonado (SWC)
El SWC describe el aspecto de la grieta cuando las grietas inducidas por hidrógeno en planos adyacentes se unen. La unión depende de la deformación local entre las grietas y de la fragilización del acero circundante por el hidrógeno disuelto. HIC y SWC van juntos, generalmente en aceros de baja resistencia en chapa utilizados para tuberías y recipientes.
Agrietamiento inducido por hidrógeno orientado por tensión (SOHIC)
El SOHIC produce pequeñas grietas escalonadas aproximadamente perpendiculares a la tensión principal (residual o aplicada), formando una disposición en forma de escalera que une grietas HIC preexistentes. Aparece en el material base de tuberías soldadas longitudinalmente y en la zona afectada térmicamente de las soldaduras de recipientes a presión. La norma lo califica como un fenómeno relativamente poco común.
Agrietamiento en zonas blandas (SZC)
El SZC es una forma de SSC que ocurre cuando un acero contiene una zona blanda local de material con bajo límite elástico. Bajo las cargas de servicio, esa zona cede y acumula deformación plástica, aumentando la susceptibilidad al agrietamiento en un material que de otro modo sería aceptable. Las zonas blandas se asocian típicamente con las soldaduras en aceros al carbono.
Agrietamiento por hidrógeno bajo tensión inducido galvánicamente (GHSC)
El GHSC es la definición más reciente de la edición de 2020. El agrietamiento resulta del hidrógeno inducido en el cátodo de un par galvánico más tensión de tracción. Los conjuntos de metalurgia mixta y los componentes de CRA con protección catódica son donde este mecanismo ataca, y la Parte 3 incluye ensayos de calificación específicos para él.
Equipos cubiertos y excluidos por ISO 15156-1
La Tabla 1 de la norma enumera los equipos dentro del alcance junto con exclusiones específicas. Las exclusiones importan tanto como las inclusiones. La siguiente tabla es una lista no exhaustiva de los equipos a los que se aplica la norma, con sus exclusiones. Varias exclusiones son condicionales (véanse las notas al pie de la tabla), por lo que conviene confirmar cada una con la norma. Para bombas de varillas de bombeo y varillas, puede hacerse referencia a NACE MR0176.
| Equipos dentro del alcance | Exclusiones |
| Equipos de perforación, construcción de pozos y servicio de pozos | Equipos expuestos únicamente a fluidos de perforación de composición controlada; brocas de perforación; cuchillas de corte de BOP; sistemas de riser de perforación; sartas de trabajo; cable de acero (wireline) y equipos de wireline; revestimiento (casing) superficial e intermedio |
| Pozos, equipos de subsuelo, equipos de levantamiento por gas, cabezales de pozo, árboles de navidad | Bombas de varillas de bombeo y varillas de bombeo; bombas eléctricas sumergibles; otros equipos de levantamiento artificial; cuñas |
| Líneas de flujo, líneas de recolección, instalaciones de campo, plantas de procesamiento en campo | Instalaciones de almacenamiento y manejo de petróleo crudo por debajo de 0.45 MPa (65 psi) absolutos |
| Equipos de manejo de agua | Instalaciones de manejo de agua por debajo de 0.45 MPa (65 psi) absolutos |
| Equipos de inyección y eliminación de agua | — |
| Plantas de tratamiento de gas natural | — |
| Tuberías de transporte de líquidos, gases y fluidos multifásicos | Líneas que manejan gas preparado para uso comercial y doméstico general |
| Todos los equipos anteriores | Componentes cargados únicamente en compresión |
ISO 15156-1 no es necesariamente aplicable a los procesos y equipos de refinación o downstream. Para ellos, NACE MR0103 es el documento complementario. Los lubricadores de wireline y los dispositivos de conexión de lubricadores no están excluidos, a pesar de la exclusión general del wireline.
La norma se aplica a equipos diseñados con métodos de diseño controlados por carga. Cuando se utiliza un diseño basado en deformación, el usuario del equipo y el proveedor deben acordar otros métodos de ensayo y criterios de aceptación, porque la serie ISO 15156 no los aborda.
Factores de las condiciones de servicio que debe documentar
Antes de seleccionar o calificar cualquier material, el usuario del equipo debe definir, evaluar y documentar las condiciones de servicio de cada aplicación. Las condiciones documentadas deben cubrir tanto las exposiciones previstas como las exposiciones no previstas que podrían derivarse del fallo de la contención o protección primaria.
El usuario del equipo debe cuantificar y documentar los siguientes factores de las condiciones de servicio, prestando especial atención a su evaluación:
- Presión parcial de H₂S o concentración de H₂S o actividad química en la fase acuosa
- pH in situ: el pH real en las condiciones de servicio de operación, en lugar de una medición de laboratorio a temperatura ambiente
- Concentración de cloruro disuelto u otros iones haluro presentes en la fase acuosa
- Presencia de azufre elemental u otros oxidantes: que aumentan la severidad del ambiente
- Temperatura: incluida la temperatura máxima de diseño y toda la envolvente de temperaturas de operación
- Efectos galvánicos: resultantes de pares de metales disímiles o de la protección catódica
- Tensión mecánica: teniendo en cuenta tanto las cargas operativas aplicadas como las tensiones residuales de fabricación/soldadura
- Tiempo de exposición: duración del contacto sostenido o intermitente con una fase de agua líquida
La edición de 2020 amplió la orientación en este punto. Para sistemas con fase gaseosa, las evaluaciones basadas en la presión parcial de H₂S implican una severidad igual o superior a la del servicio en campo y son aceptables. El Anexo C.1 de ISO 15156-2:2020 permite utilizar la fugacidad del H₂S para reducir este exceso de severidad. Para sistemas líquidos sin gas se necesita una alternativa a la presión parcial, y el Anexo C.2 ofrece orientación para evaluarlos. Tenga en cuenta que las regiones de severidad del ambiente de la Parte 2 y los límites precalificados de la Parte 3 se expresan en presión parcial de H₂S. La norma no da límites equivalentes en términos de fugacidad o actividad química.
El grado en que la severidad por presión parcial sobrepasa el servicio real está determinado por efectos termodinámicos no ideales. Generalmente aumenta al subir la presión y disminuye al subir la temperatura, razón por la cual el Anexo C recomienda reglas termodinámicas no ideales para pozos de petróleo de alta presión.
3 rutas para calificar un material para servicio con H₂S: listas existentes, experiencia en campo y ensayos de laboratorio
ISO 15156-1 ofrece tres rutas de calificación. La mayoría de los proyectos utilizan la primera, porque no requiere ensayos. Las otras dos existen para materiales fuera de las tablas del Anexo A o para condiciones de servicio más allá de las envolventes listadas.
Ruta 1: selección a partir de listas y tablas existentes
Los aceros al carbono y de baja aleación resistentes al SSC pueden seleccionarse del Anexo A de ISO 15156-2:2020; las CRA resistentes al SSC y a la SCC, del Anexo A de ISO 15156-3:2020. Generalmente no se requieren ensayos de laboratorio adicionales. Los materiales listados han dado un desempeño aceptable en las condiciones metalúrgicas, ambientales y mecánicas indicadas, con base en la experiencia en campo y en ensayos de laboratorio.
La norma, aun así, insta al usuario: cuando las posibles consecuencias de un fallo lo justifiquen, deben considerarse ensayos específicos incluso para los materiales listados. Esa recomendación lleva detrás la cláusula de ADVERTENCIA.
Ruta 2: calificación basada en la experiencia en campo
La experiencia en campo documentada debe abarcar al menos dos años y preferiblemente debe incluir un examen completo del equipo tras su uso en campo. La descripción del material debe cumplir la cláusula 8.1 y la descripción de las condiciones de servicio debe cumplir la cláusula 6.1. La severidad del servicio previsto no debe superar la de la experiencia documentada.
Ruta 3: calificación basada en ensayos de laboratorio
Los ensayos de laboratorio solo pueden aproximarse al servicio en campo; la norma lo dice directamente. Se utilizan para calificar materiales hasta los límites aplicables a tipos listados similares, para calificarlos bajo otros límites, para calificar aceros en cuanto a su resistencia al HIC, SOHIC o SZC, para calificar CRA en cuanto a su resistencia al GHSC y para generar datos para su posterior inclusión en el Anexo A.
Las reglas de muestreo son estrictas. Las muestras de ensayo deben ser representativas del producto comercial y, cuando existan varios lotes, debe utilizarse la condición metalúrgica con mayor susceptibilidad al agrietamiento. El origen, el método de preparación y el estado superficial requieren documentación, y el método de muestreo necesita la aceptación del usuario del equipo.
Todas las condiciones de ensayo aplicadas deben ser al menos tan severas como el servicio en campo definido con respecto al modo de fallo potencial, y el pH aplicado debe representar el pH in situ del servicio. Los criterios de aceptación provienen de los métodos de ensayo de la Parte 2 y la Parte 3.
Grados CRA para servicio ácido según ISO 15156-3
La Parte 3 califica las aleaciones resistentes a la corrosión por familias, cada una con su propia condición metalúrgica, su límite máximo de dureza y su envolvente ambiental. Las familias siguientes cubren los grados tubulares especificados con mayor frecuencia para servicio ácido. Cada aleación ofrece un equilibrio diferente entre resistencia a los cloruros, tolerancia al H₂S y coste.
| Familia de aleación | Grados representativos | Dureza máx. | Condición metalúrgica requerida |
| Inoxidable austenítico | 316, 316L, 317L, 321, 347 | 22 HRC (237 HBW) | Recocido por solución y templado; sin trabajo en frío para aumentar la resistencia |
| Austenítico altamente aleado | 904L, 254 SMO, Alloy 20 | 22–35 HRC según tabla | Recocido por solución |
| Inoxidable dúplex | S31803, S32205 | 28 HRC | Recocido y templado; 35–65 % de ferrita |
| Inoxidable súper dúplex | S32750, S32760, S32550 | 28 HRC | Recocido y templado; 35–65 % de ferrita |
| Aleación de níquel de solución sólida | 825, 625, Alloy 20 | 35 HRC | Recocido |
| Aleación de níquel Ni-Cr-Mo | C-276, C-22, C-2000, B-2, B-3 | 35 HRC | Recocido por solución |
| Aleación níquel-cobre | Monel 400 | 35 HRC | Recocido |
| Níquel endurecido por precipitación | Incoloy 925, Monel K-500 | Según tabla específica | Recocido por solución y envejecido |
Acero inoxidable austenítico 316L
La tubería sin costura 316L es el punto de entrada al servicio ácido y el más restringido. La Tabla A.2 de ISO 15156-3 limita la dureza a 22 HRC (237 HBW) y exige material recocido por solución y templado, sin trabajo en frío aplicado para elevar las propiedades mecánicas. El límite máximo de H₂S es bajo y la tolerancia a los cloruros es modesta, razón por la cual el 316L se adapta a corrientes ácidas de baja severidad y no a pozos ácidos profundos.
Austeníticos altamente aleados 904L y 254 SMO
La tubería sin costura 904L añade 4–5 % de molibdeno y 1–2 % de cobre respecto al 316L, elevando el umbral de picadura por cloruros sin cambiar la estructura austenítica. Cubre el espacio entre los austeníticos estándar y los dúplex cuando hay ácidos reductores presentes junto con el H₂S.
La tubería sin costura 254 SMO alcanza 6 % de molibdeno con 0.18–0.22 % de nitrógeno, lo que da un PREN superior a 42. Los súper austeníticos 6Mo se defienden bien frente a la química de la inyección de agua de mar, y su estructura totalmente austenítica evita las comprobaciones del balance de ferrita que exigen los grados dúplex.
Dúplex 2205 (S31803 / S32205)
La tubería sin costura dúplex 2205 es el caballo de batalla de las líneas de flujo ácidas y de las tuberías de superficie (topside). La Tabla A.24 de ISO 15156-3 exige material recocido y templado con 35 % a 65 % de ferrita y un límite máximo de dureza de 28 HRC. La ventana de ferrita es una barrera estricta: si se sale de ella, el material queda descalificado independientemente de su química.
La tubería sin costura dúplex S31803 conserva la ventana química original más amplia, mientras que el S32205 restringe el nitrógeno y el cromo a la mitad superior de ese rango. Para servicio ácido, el S32205 es la compra más segura: el mínimo de nitrógeno más estricto eleva el PREN y mejora la fiabilidad del balance de fases tras el recocido.
Súper dúplex 2507 y Zeron 100
La tubería sin costura súper dúplex 2507 eleva el cromo a 24–26 % y el nitrógeno a 0.24–0.32 %, produciendo un PREN superior a 40. Un límite elástico de alrededor de 550 MPa (80 ksi) es más del doble que el del 316L, por lo que el espesor de pared se reduce para la misma clase de presión. El límite máximo de 28 HRC y el requisito de 35–65 % de ferrita siguen aplicándose.
La tubería sin costura súper dúplex S32760 añade tungsteno y cobre a la base 25Cr. Tanto el S32750 como el S32760 aparecen en la Tabla A.24 con las mismas condiciones metalúrgicas, y la elección entre ambos suele depender de la familiaridad del fabricante y de la disponibilidad en la acería más que de una diferencia de desempeño en servicio ácido.
Incoloy 825
La tubería sin costura de Incoloy 825 aporta 38–46 % de níquel con 2.5–3.5 % de molibdeno, 1.5–3.0 % de cobre y estabilización con titanio. La adición de cobre hace frente a los ácidos reductores que atacan a los grados dúplex, lo que convierte al 825 en una elección habitual para pozos ácidos con carga de CO₂ y ácidos orgánicos. La dureza del material recocido está limitada a 35 HRC.
Inconel 625
La tubería sin costura de Inconel 625 combina 20–23 % de cromo, 8–10 % de molibdeno y 3.15–4.15 % de niobio para un PREN superior a 50. La Tabla A.13 cubre el material recocido con 35 HRC máximo. Cuando la severidad supera lo que el dúplex puede soportar — alta presión parcial de H₂S, alto contenido de cloruro y temperatura elevada a la vez —, el 625 es el escalón siguiente habitual.
Hastelloy C-276 y C-22
La tubería sin costura de Hastelloy C-276 lleva 15–17 % de molibdeno con 3–4.5 % de tungsteno sobre una base de níquel, lo que la sitúa en la cima de la jerarquía del servicio ácido. El material recocido por solución califica a 35 HRC. Pocos ambientes de producción necesitan tanta aleación, y los que la necesitan suelen ser de gas ácido a alta temperatura con azufre libre.
La tubería sin costura de Hastelloy C-22 sacrifica parte del molibdeno a cambio de un mayor contenido de cromo, de 20–22.5 %, mejorando el desempeño en condiciones oxidantes mientras mantiene una resistencia comparable a los ácidos reductores. Ambas aleaciones figuran en las tablas Ni-Cr-Mo del Anexo A de ISO 15156-3.
Monel 400
La tubería sin costura de Monel 400 es una aleación de 63 % de níquel y 28–34 % de cobre con un largo historial en servicio ácido en ambientes de ácido fluorhídrico y reductores. No contiene cromo, por lo que no ofrece nada frente a condiciones oxidantes; la compensación es deliberada y la envolvente de aplicación es, en consecuencia, estrecha.
Aleación endurecida por precipitación Incoloy 925
La tubería sin costura de Incoloy 925 es la versión endurecible por envejecimiento del 825, que alcanza una resistencia mucho mayor mediante la precipitación de fase gamma prima. Las aleaciones endurecidas por precipitación tienen sus propias tablas del Anexo A con requisitos de condición más estrictos que los grados de solución sólida, porque el propio tratamiento de envejecimiento gobierna la resistencia al agrietamiento.
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Composición química de las CRA comunes para servicio ácido
La composición química determina el PREN, y el PREN gobierna la resistencia a los cloruros bajo H₂S. La tabla siguiente muestra la composición nominal en porcentaje en peso de las familias de CRA especificadas con mayor frecuencia según ISO 15156-3. Los valores siguen las especificaciones de producto ASTM aplicables.
| Grado | UNS | Ni | Cr | Mo | N | Otros |
| 316L | S31603 | 10.0–14.0 | 16.0–18.0 | 2.0–3.0 | — | C 0.035 máx. |
| 904L | N08904 | 23.0–28.0 | 19.0–23.0 | 4.0–5.0 | 0.10 máx. | Cu 1.0–2.0 |
| 254 SMO | S31254 | 17.5–18.5 | 19.5–20.5 | 6.0–6.5 | 0.18–0.22 | Cu 0.50–1.00 |
| Dúplex 2205 | S32205 | 4.5–6.5 | 22.0–23.0 | 3.0–3.5 | 0.14–0.20 | Fe resto |
| Súper dúplex 2507 | S32750 | 6.0–8.0 | 24.0–26.0 | 3.0–5.0 | 0.24–0.32 | Cu 0.50 máx. |
| Zeron 100 | S32760 | 6.0–8.0 | 24.0–26.0 | 3.0–4.0 | 0.20–0.30 | W 0.50–1.00, Cu 0.50–1.00 |
| Incoloy 825 | N08825 | 38.0–46.0 | 19.5–23.5 | 2.5–3.5 | — | Cu 1.5–3.0, Ti 0.6–1.2 |
| Inconel 625 | N06625 | 58.0 mín. | 20.0–23.0 | 8.0–10.0 | — | Nb 3.15–4.15 |
| Hastelloy C-276 | N10276 | Resto | 14.5–16.5 | 15.0–17.0 | — | W 3.0–4.5, Fe 4.0–7.0 |
| Hastelloy C-22 | N06022 | Resto | 20.0–22.5 | 12.5–14.5 | — | W 2.5–3.5, Fe 2.0–6.0 |
| Monel 400 | N04400 | 63.0 mín. | — | — | — | Cu 28.0–34.0 |
PREN = Cr + 3.3(Mo) + 16(N). El dúplex 2205 se sitúa cerca de 35, los grados súper dúplex superan 40 y el Inconel 625 pasa de 50. Bajo carga combinada de cloruro y H₂S, esa cifra predice el orden de clasificación mejor que el contenido de níquel por sí solo.
Propiedades mecánicas y límites de dureza de ISO 15156-3
La dureza es el guardián del servicio ácido. ISO 15156-3 fija un límite máximo para cada familia de aleaciones, y el material que lo supera queda descalificado por buena que parezca la química. La tabla combina las propiedades mecánicas mínimas de la especificación ASTM aplicable con el límite máximo de dureza de la Parte 3.
| Grado | Tracción mín., MPa (ksi) | Límite elástico mín., MPa (ksi) | Alarg. mín., % | Dureza máx. |
| 316L | 485 (70) | 170 (25) | 35 | 22 HRC / 237 HBW |
| 904L | 490 (71) | 215 (31) | 35 | Según Tabla A.8 |
| 254 SMO | 650 (94) | 300 (44) | 35 | Según Tabla A.8 |
| Dúplex 2205 | 620 (90) | 450 (65) | 25 | 28 HRC |
| Súper dúplex 2507 | 800 (116) | 550 (80) | 15 | 28 HRC |
| Zeron 100 | 750 (109) | 550 (80) | 25 | 28 HRC |
| Incoloy 825 | 586 (85) | 241 (35) | 30 | 35 HRC |
| Inconel 625 Gr.1 | 827 (120) | 414 (60) | 30 | 35 HRC |
| Inconel 625 Gr.2 | 690 (100) | 276 (40) | 30 | 35 HRC |
| Hastelloy C-276 | 690 (100) | 283 (41) | 40 | 35 HRC |
| Hastelloy C-22 | 690 (100) | 310 (45) | 45 | 35 HRC |
| Monel 400 | 480 (70) | 195 (28) | 35 | 35 HRC |
Dos condiciones acompañan al límite de dureza. Los grados austeníticos deben estar recocidos por solución y templados, o recocidos y estabilizados térmicamente, y deben estar libres de trabajo en frío aplicado para elevar las propiedades mecánicas. Los dúplex y súper dúplex deben estar recocidos y templados con ferrita entre 35 % y 65 %.
El súper dúplex, con 550 MPa (80 ksi) de límite elástico mínimo, ofrece más del triple del límite elástico del 316L. Para una línea de flujo ácida, eso se traduce directamente en una pared más delgada, menor peso y menor coste instalado, siempre que el balance de ferrita y el límite máximo de 28 HRC se mantengan tras el recocido final.
Tolerancias dimensionales para tubulares de servicio ácido
ISO 15156-1 no establece tolerancias dimensionales propias. Las tolerancias provienen de la especificación de producto ASTM con la que se pide el material, y esa especificación depende de la familia de aleación. La tabla relaciona cada familia con su norma aplicable y su tolerancia de pared.
| Familia de aleación | Especificación aplicable | Tolerancia de OD | Tolerancia de pared |
| Tubería de acero inoxidable austenítico | ASTM A312 / A999 | +1.6/–0.8 mm (NPS 4–8) | +22.5 % / −12.5 % |
| Tubo de acero inoxidable austenítico | ASTM A213 / A1016 | ±0.10–0.38 mm según tamaño | +20 % / 0 (acabado en frío) |
| Tubería dúplex / súper dúplex | ASTM A790 / A999 | Según Tabla 3 de A999 | +22.5 % / −12.5 % |
| Tubo dúplex / súper dúplex | ASTM A789 / A1016 | ±0.10–0.38 mm según tamaño | +20 % / 0 (acabado en frío) |
| Tubería de aleación de níquel | ASTM B444 / B829 | ±0.004–0.125 in. según tamaño | +22 % / 0 (pared nominal) |
| Tubo de aleación de níquel | ASTM B163 / B829 | ±0.004–0.031 in. según tamaño | +15 % / 0 (pared mín.) |
Una tolerancia tiene consecuencias en servicio ácido. Pedir con pared mínima elimina por completo la tolerancia negativa, de modo que la pared entregada nunca queda por debajo del espesor de diseño. Para líneas de flujo ácidas donde el margen de corrosión ya es escaso, pedir con pared mínima justifica el pequeño sobreprecio respecto a la pared nominal.
Requisitos de documentación e informes
La cláusula 9 exige dos documentos para cada material seleccionado conforme a ISO 15156-1: la evaluación de las condiciones de servicio, más un registro correspondiente a la ruta de calificación utilizada. El usuario del equipo es responsable de garantizar que la documentación exista.
| Ruta de calificación | Documentación requerida |
| Todos los materiales (obligatorio) | Evaluación de las condiciones de servicio según la cláusula 6.1 |
| Seleccionados a partir de listas y tablas | Referencia a las subcláusulas pertinentes de ISO 15156-2 o ISO 15156-3 |
| Calificados por experiencia en campo | Mecanismos de agrietamiento frente a los que se calificó; descripción del material según 8.1; registro de experiencia en campo según 8.2 |
| Calificados por ensayos de laboratorio | Mecanismos de agrietamiento; material ensayado; selección, muestreo y preparación de probetas; justificación del ambiente de ensayo y de las condiciones físicas; resultados de los ensayos |
La descripción del material según la cláusula 8.1 debe definir las propiedades que probablemente afecten al desempeño en medios con H₂S, incluidas la composición química, el método de fabricación, la forma del producto, la resistencia, la dureza, el grado de trabajo en frío, la condición de tratamiento térmico y la microestructura. También es necesario describir las tolerancias o rangos de esas propiedades, no solo los valores nominales.
El marcado y la documentación del material en sí recaen en el proveedor del equipo o de los materiales, conforme a la cláusula 9 de ISO 15156-2:2020 o la cláusula 7.2 de ISO 15156-3:2020, según corresponda.
Cómo se transfiere la calificación entre condiciones de servicio
La calificación con respecto a un modo de fallo particular, para su uso en condiciones de servicio definidas, también califica a un material para otras condiciones de servicio que sean iguales o menos severas en todos los aspectos que aquellas para las que se realizó la calificación.
Por lo tanto, la severidad debe compararse factor por factor para el mismo modo de fallo. Por ejemplo, un material calificado para SCC a 60 °C y 0.3 bar de H₂S no queda automáticamente calificado en una condición en la que cualquier factor, como la temperatura, el cloruro o el pH, sea más severo para ese mecanismo.
Aplicaciones clave de los tubulares calificados según ISO 15156
Pozos de gas ácido y tubos de fondo de pozo
Los tubos de fondo de pozo se enfrentan a la combinación completa que preocupa a la norma: alta presión parcial de H₂S, agua de formación saturada de cloruros, temperatura elevada y carga de tracción sostenida por el peso de la sarta de tubos. El tubo sin costura súper dúplex cubre pozos de severidad media; el 825 y el 625 toman el relevo a medida que la severidad aumenta.
Líneas de flujo ácidas y sistemas de recolección
Las líneas de flujo y las líneas de recolección están plenamente dentro del alcance de la Tabla 1. El dúplex 2205 domina este servicio porque su límite elástico permite paredes delgadas mientras que los 28 HRC y la ventana de ferrita siguen siendo alcanzables en cantidades de producción. Aquí la calificación del procedimiento de soldadura importa tanto como el metal base, ya que la ZAT es donde aparecen las desviaciones de dureza.
Plantas de endulzamiento de gas natural
Las unidades de aminas concentran el H₂S por diseño. El tubo sin costura 316L se encarga del servicio de amina pobre, mientras que las líneas de amina rica y los vapores de cabeza del regenerador pasan a dúplex o 825 según el arrastre de cloruros y la temperatura de operación.
Inyección de agua y manejo de agua producida
El agua producida transporta cloruro en concentración igual o superior a la del agua de mar, con H₂S disuelto procedente del yacimiento. Las instalaciones que operan por debajo de 0.45 MPa (65 psi) absolutos quedan fuera de la norma, pero los sistemas de inyección que funcionan a presión no. Tanto los súper austeníticos 6Mo como el súper dúplex prestan este servicio.
Cabezales de pozo, árboles de navidad y equipos submarinos
Los cabezales de pozo y los árboles de navidad se nombran en la Tabla 1 sin exclusión alguna. Los conjuntos submarinos añaden la dimensión galvánica — metales disímiles más protección catódica —, que es precisamente la condición que aborda la nueva definición de GHSC en la edición de 2020.
Resumen
ISO 15156-1:2020 da el método, no la lista de aleaciones. Documente primero las condiciones de servicio, incluidas las exposiciones no previstas. Diseñe contra los siete mecanismos de agrietamiento. Luego califique mediante selección del Anexo A, dos años de experiencia en campo o ensayos de laboratorio, y registre la ruta utilizada.
Para tubulares de acero inoxidable, dúplex y aleaciones de níquel, la dureza es la barrera práctica: 22 HRC para los austeníticos, 28 HRC para los dúplex y súper dúplex, 35 HRC para las aleaciones de níquel de solución sólida, cada una con su propia condición metalúrgica asociada. Si la condición es incorrecta, la química no salvará el pedido.
Preguntas frecuentes
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¿Es ISO 15156-1 lo mismo que NACE MR0175?
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¿Qué parte de ISO 15156 se aplica a los aceros inoxidables y las aleaciones de níquel?La Parte 3 — CRA y otras aleaciones resistentes al agrietamiento. La Parte 1 da el método de selección, la Parte 2 cubre los aceros al carbono y de baja aleación y las fundiciones, y la Parte 3 contiene las tablas del Anexo A que enumeran las CRA calificadas con sus límites de H₂S, temperatura, cloruro y pH. Se necesitan la Parte 1 y la Parte 3 juntas para especificar un acero inoxidable o una aleación de níquel para servicio ácido.
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¿Qué nivel de H₂S hace que un servicio sea ácido?La norma define el servicio ácido como la exposición a ambientes de campos petroleros que contienen H₂S suficiente para causar agrietamiento por los mecanismos que aborda. No existe un único umbral universal en la Parte 1. Los límites cuantitativos se encuentran en las regiones de severidad del ambiente de la Parte 2 y en las tablas del Anexo A de la Parte 3, cada uno específico de una familia de materiales.
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¿Cuál es la dureza máxima del acero inoxidable dúplex en servicio ácido?28 HRC, con el material suministrado recocido y templado y un contenido de ferrita entre 35 % y 65 %. Ambas condiciones se aplican conjuntamente. Una química correcta con ferrita fuera de la ventana no califica, y tampoco lo hace una ferrita correcta por encima de 28 HRC.
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¿Por qué la edición de 2020 añade la fugacidad y la actividad química?En sistemas con fase gaseosa, la presión parcial de H₂S puede sobreestimar la severidad del servicio; el Anexo C.1 permite usar la fugacidad para reducir este exceso de conservadurismo. En sistemas líquidos sin gas, la presión parcial no es aplicable, y el Anexo C.2 proporciona un enfoque de evaluación. Tenga en cuenta que los límites precalificados de la Parte 2 y la Parte 3 siguen expresados en presión parcial de H₂S.
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¿Se aplica ISO 15156-1 a los equipos de refinería?No necesariamente. La norma indica que no es necesariamente aplicable a los equipos utilizados en refinación o en procesos downstream. El usuario del equipo debe determinar qué documento se aplica a su servicio.
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¿Puedo reutilizar una calificación para servicio ácido en un pozo diferente?Solo si las nuevas condiciones de servicio son iguales o menos severas en todos los aspectos. Todos los factores deben cumplirse: presión parcial de H₂S, pH in situ, cloruro, azufre elemental, temperatura, efectos galvánicos, tensión y tiempo de contacto con agua. Un solo factor que se mueva en la dirección equivocada invalida la transferencia.
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¿Cuánto tiempo debe durar la experiencia en campo para calificar un material?Al menos dos años, y preferiblemente con un examen completo del equipo tras su uso en campo. Las descripciones del material y de las condiciones de servicio deben cumplir el mismo estándar de documentación que una calificación de laboratorio, y la severidad del servicio previsto no debe superar la de la experiencia documentada.
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¿Necesita calificación un componente cargado únicamente en compresión?No. La Tabla 1 excluye los componentes cargados únicamente en compresión para todas las categorías de equipos. SSC, SCC, SOHIC, SZC y GHSC requieren tensión de tracción, por lo que un elemento puramente a compresión elimina la fuerza impulsora de cinco de los siete mecanismos.
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¿Quién es responsable de la idoneidad del material?El usuario del equipo. La norma se la asigna directamente. Los proveedores son responsables de cumplir los requisitos metalúrgicos y de fabricación, cualquier ensayo adicional y las reglas de marcado y documentación. La selección de un material adecuado para el ambiente de servicio recae en el usuario que definió dicho ambiente.