10 kPa (1.5 psi) para PREN de 30 a 40.0 con Mo al 1.5 % mínimo, y 20 kPa (3 psi) para PREN superior a 40.0 hasta 45. Ambas bandas admiten 232 °C (450 °F) y 180,000 mg/l de cloruro para equipos generales. Los componentes de fondo de pozo siguen en cambio la Tabla A.25, donde la banda inferior baja a 2 kPa (0.3 psi).
Norma ISO 15156-3:2020
Esta es la parte que los compradores realmente consultan. ISO 15156-3:2020 contiene las tablas del Anexo A que indican, aleación por aleación, cuánto H₂S, cloruro, temperatura y acidez soportará una aleación resistente a la corrosión. Título completo: Industrias del petróleo y del gas natural — Materiales para uso en ambientes que contienen H₂S en la producción de petróleo y gas — Parte 3: CRA (aleaciones resistentes a la corrosión) y otras aleaciones resistentes al agrietamiento.
La Parte 1 establece el método y la Parte 2 trata el acero al carbono. La Parte 3 cubre todo lo demás: inoxidables austeníticos, austeníticos altamente aleados, aleaciones de níquel de solución sólida y endurecidas por precipitación, inoxidables ferríticos y martensíticos, dúplex, aleaciones de cobalto, titanio y tantalio. Once grupos de materiales (A.2–A.12), más el A.13 para revestimientos y recargues, cuarenta y una tablas del Anexo A.
ISO 15156-3 se publica conjuntamente como NACE MR0175/ISO 15156 Parte 3. Esta guía abarca los diez factores que gobiernan la resistencia al agrietamiento de las CRA, la fórmula PREN y por qué es un límite absoluto, los trece grupos de materiales, las envolventes ambientales reales del Anexo A para las aleaciones que XTD tiene en stock, los topes de dureza, las reglas de soldadura y ferrita, los revestimientos y recargues, la composición química, las propiedades mecánicas, las tolerancias, la calificación según el Anexo B y las preguntas frecuentes.
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¿Qué es ISO 15156-3:2020?
ISO 15156-3:2020 establece requisitos y recomendaciones para seleccionar y calificar CRA y otras aleaciones para equipos utilizados en la producción de petróleo y gas y en plantas de endulzamiento de gas natural en ambientes que contienen H₂S. Fue preparada por el ISO/TC 67 junto con el CEN/TC 12 y publicada en noviembre de 2020 como cuarta edición, en sustitución de ISO 15156-3:2015.
La conformidad con la Parte 3 implica resistencia al agrietamiento dentro de límites ambientales de servicio definidos, y esos límites dependen del tipo de material o de la aleación individual. Una CRA nunca se califica en abstracto. Se califica para una combinación declarada de temperatura, presión parcial de H₂S, cloruro y pH.
Varios cambios llegaron con la edición de 2020. El dúplex prensado isostáticamente en caliente entró en la Tabla A.24. Alloy 718 (UNS N07718) se incorporó a la Tabla A.32 con un ciclo de envejecimiento en dos etapas y un tope de 45 HRC. UNS S17400 recibió una restricción que limita la tensión sostenida al 50 % del SMYS. El anexo informativo de composiciones químicas se eliminó por motivos de derechos de autor.
Un límite del alcance importa en la etapa de diseño. Las tablas del Anexo A cubren ambientes de producción y no cubren las condiciones que se producen durante la inyección o el retorno (flowback) de productos químicos que pueden reducir el pH in situ. El reflujo de ácido de estimulación queda fuera de las tablas y requiere una evaluación separada.
Dónde se sitúa la Parte 3 en la serie ISO 15156
La serie separa el método de la familia de materiales. La Parte 3 contiene los datos, pero establecer las condiciones de servicio a las que se aplican esos límites es tarea de la Parte 1, por lo que ambas se leen conjuntamente.
| Norma | Alcance de materiales | Qué aporta |
| ISO 15156-1 | Todos los materiales metálicos | Método de selección, 7 mecanismos de agrietamiento, 3 vías de calificación, obligaciones de informe |
| ISO 15156-2 | Aceros al carbono y de baja aleación, fundiciones | 4 regiones de SSC, límite de 22 HRC, criterios de soldadura, listas de aceros del Anexo A |
| ISO 15156-3 | CRA y otras aleaciones | 13 grupos de materiales, 41 tablas del Anexo A con límites ambientales y metalúrgicos |
La Parte 3 aborda tres mecanismos de agrietamiento para la selección: SSC, SCC y GHSC. Los métodos de barrido de dureza se toman directamente: los barridos de dureza de soldaduras deben realizarse como se describe en ISO 15156-2:2020, 7.3.3.3, de modo que las figuras de barrido para soldaduras a tope, soldaduras en ángulo y recargues son compartidas entre las dos partes.
10 factores que afectan la resistencia al agrietamiento de las CRA
La cláusula 5 enumera diez parámetros cuyas interacciones gobiernan el comportamiento de las CRA en ambientes ácidos. Dos de ellos no aparecen en la lista de la Parte 2 para acero al carbono, y ambos explican por qué la selección de CRA funciona de manera diferente.
- Condición del material — composición química, resistencia, tratamiento térmico, microestructura, método de fabricación y condición de acabado
- Presión parcial de H₂S — o concentración disuelta equivalente en la fase acuosa
- Acidez (pH in situ) — de la fase acuosa
- Concentración de cloruro u otros iones haluro
- Presencia de oxígeno, azufre u otros oxidantes
- Temperatura de exposición
- Resistencia a la corrosión por picaduras del material en el ambiente de servicio — exclusivo de la Parte 3
- Efectos galvánicos — el motor del GHSC
- Tensión de tracción total — aplicada más residual
- Tiempo de exposición
La resistencia a las picaduras y el oxígeno son las dos adiciones. El acero al carbono en servicio ácido falla por agrietamiento. La norma señala que el PREN no es directamente indicativo de la resistencia a la corrosión en ambientes con H₂S; se utiliza como parámetro de clasificación.
PREN: la fórmula que decide la calificación del dúplex
La Parte 3 clasifica el tipo 3b y el dúplex por PREN, y el tipo 3a por (Ni + 2Mo) > 30, no por nombre comercial. La fórmula se da en la cláusula 6.3 como Fórmula (1):
PREN = %Cr + 3.3 × (%Mo + 0.5 × %W) + 16 × %N
Dos reglas cambian cómo se usa ese número en la práctica. El cálculo se basa en la composición real, no en la composición nominal; los valores nominales son solo para clasificación general, de modo que decide el certificado de fábrica, no la hoja de datos.
La segunda regla es más estricta. Todos los límites de PREN de la norma son límites absolutos según se definen en ASTM E29. Un valor observado o calculado no se redondea. Se compara directamente con el límite. Una colada que calcula 39.97 no se redondea hacia arriba para entrar en la banda de 40.0.
Un PREN más alto no es gratuito. La norma señala que valores más altos dan mejor resistencia a la corrosión pero aumentan el riesgo de formación de fase sigma y alfa prima en la ferrita durante la fabricación, según el espesor del producto y la velocidad de temple alcanzable. Las bandas de PREN citadas se eligen para minimizar ese problema.
Grupos de materiales cubiertos por el Anexo A (A.2 a A.12)
El Anexo A divide las CRA en trece grupos. Dentro de cada grupo, las aleaciones se identifican bien por tipo de material, es decir, una ventana de composición, bien como aleaciones individuales con nombre propio. La tabla relaciona cada grupo con su cláusula del Anexo A y con las familias de productos XTD que se encuadran en él.
| Cláusula del Anexo A | Grupo de materiales | Aleaciones representativas |
| A.2 | Aceros inoxidables austeníticos | 316L, 317L, 321, 347, Nitronic 50 (S20910) |
| A.3 | Aceros inoxidables austeníticos altamente aleados | 904L, 254 SMO, Alloy 926, Alloy 20 |
| A.4 | Aleaciones de base níquel de solución sólida | Incoloy 825, Inconel 625, Hastelloy C-276, C-22, Monel 400 |
| A.5 | Aceros inoxidables ferríticos | Tipo de material ferrítico (A.5) |
| A.6 | Aceros inoxidables martensíticos | UNS S41000, S42000, J91150 y otros |
| A.7 | Aceros inoxidables dúplex | 2205 (S31803 / S32205), 2507 (S32750), Zeron 100 (S32760), S32550 |
| A.8 | Aceros inoxidables endurecidos por precipitación | 17-4PH (S17400), 15-5PH |
| A.9 | Aleaciones de base níquel endurecidas por precipitación | Incoloy 925, Monel K-500, Alloy 718, Alloy 945 |
| A.10 | Aleaciones de base cobalto | MP35N y afines |
| A.11 | Titanio y tantalio | UNS R50250, R50400, R56260, R53400, R56323, R56403, R58640, R55400 |
| A.12 | Aleaciones de base cobre y aluminio | Se usan sin restricción de temperatura, pH₂S, Cl⁻ o pH |
La Tabla A.1 de la norma le orienta hacia la tabla correcta según el tipo de equipo. Existen tablas separadas para equipos generales, para componentes tubulares de fondo de pozo y empacadores, y para vástagos de válvula, pasadores y ejes, y las tablas específicas por componente son a menudo menos restrictivas que las generales. Leer solo la tabla general puede costarle una aleación que habría calificado.
Aceros inoxidables austeníticos: límites del Anexo A.2
El inoxidable austenítico de este tipo de material debe contener, en fracciones de masa, C 0.08 % máx., Cr 16 % mín., Ni 8 % mín., P 0.045 % máx., S 0.04 % máx., Mn 2.0 % máx. y Si 2.0 % máx. Se permiten otros elementos de aleación. Los productos austeníticos de fácil mecanización están totalmente prohibidos.
Tres condiciones metalúrgicas se aplican a todo el tipo de material. El acero debe estar recocido por solución y templado, o recocido y estabilizado térmicamente; debe estar libre de trabajo en frío destinado a mejorar las propiedades mecánicas; y debe tener una dureza máxima de 22 HRC.
Envolvente del tipo de material y la extensión del 316L
La envolvente austenítica genérica es estrecha pero simple. Las filas dedicadas al S31603 van mucho más lejos, y son la razón por la que el 316L aparece en las especificaciones de servicio ácido con mucha más frecuencia de lo que su reputación sugiere.
| Aleación / Tipo | Temp. máx. °C (°F) | pH₂S máx. kPa (psi) | Cloruro máx. mg/l | pH mín. |
| Tipo de material austenítico (A.2) | 60 (140) | 100 (15) | Cualquier combinación que se produzca en producción | Cualquiera |
| Tipo de material austenítico (A.2) | Sin límite establecido | Sin límite establecido | 50 | Sin límite establecido |
| S31603 (316L) | 60 (140) | 1,000 (145) | 50,000 | ≥ 4.5 |
| S31603 (316L) | 90 (194) | 1,000 (145) | 1,000 | ≥ 3.5 |
| S31603 (316L) | 90 (194) | 1 (0.145) | 50,000 | ≥ 4.5 |
| S31603 (316L) | 93 (200) | 10.2 (1.5) | 5,000 | ≥ 5.0 |
| S31603 (316L) | 120 (248) | 100 (14.5) | 1,000 | ≥ 3.5 |
| S31603 (316L) | 149 (300) | 10.2 (1.5) | 1,000 | ≥ 4.0 |
| S20910 (Nitronic 50) | 66 (150) | 100 (15) | Cualquier combinación que se produzca en producción | Cualquiera |
Observe el compromiso que recorre las filas del 316L. A 60 °C se obtienen 50,000 mg/l de cloruro con 1,000 kPa de H₂S. A 120 °C la fila del S31603 admite 100 kPa de H₂S y 1,000 mg/l de cloruro, pH ≥ 3.5. Temperatura y cloruro juegan uno contra otro, y la tabla se lee por filas completas, nunca por columnas individuales.
La tubería sin costura de 316L utilizada fuera de los límites del tipo de material pero dentro de las filas específicas del S31603 debe estar recocida por solución y templada, libre de trabajo en frío causado por moldeado, conformado, reducción en frío, tracción o expansión después del recocido final. La dureza y el trabajo en frío incidental por mecanizado o enderezado deben mantenerse dentro de los límites de la especificación del producto.
La doble certificación ayuda. La norma reconoce que es práctica común certificar doblemente los grados de la serie 300 como estándar y de bajo carbono, y establece que los límites ambientales dados para los grados de bajo carbono son aceptables para los grados con doble certificación. Un certificado doble 316/316L conlleva la envolvente del S31603.
El S20910 recibe a su vez un tratamiento diferente. Es aceptable tanto dentro de los límites del tipo de material como de los suyos propios, en condición recocida o laminada en caliente con una dureza máxima de 35 HRC, muy por encima de los 22 HRC que rigen para el resto del grupo.
Dos advertencias cierran la tabla. Debería considerarse un límite al contenido de martensita, y la resistencia a la SCC de todo acero austenítico de este grupo puede verse afectada negativamente por el trabajo en frío. Las filas del S31603 llevan la marca NDS para azufre elemental, lo que significa que no se presentaron datos sobre el servicio con azufre.
Aceros inoxidables austeníticos altamente aleados: límites del Anexo A.3
El grupo A.3 se divide en dos tipos de composición. El tipo 3a requiere (%Ni + 2 × %Mo) mayor que 30 con Mo al 2 % mínimo. El tipo 3b requiere PREN mayor que 40.0. Ambos deben estar en condición recocida por solución, y los grados de fácil mecanización están prohibidos.
| Aleación / Tipo | Temp. máx. °C (°F) | pH₂S máx. kPa (psi) | Cloruro máx. mg/l | pH mín. |
| Tipos 3a, 3b y J93254 | 60 (140) | 100 (15) | Cualquier combinación que se produzca en producción | Cualquiera |
| Tipos 3a, 3b y J93254 | Sin límite establecido | Sin límite establecido | 50 | Sin límite establecido |
| Tipo de material 3b | 121 (250) | 700 (100) | 5,000 | Valores de producción aceptables |
| Tipo de material 3b | 149 (300) | 310 (45) | 5,000 | Valores de producción aceptables |
| Tipo de material 3b | 171 (340) | 100 (15) | 5,000 | Valores de producción aceptables |
| N08926 (Alloy 926) | 121 (250) | 700 (100) | 65,000 | ≥ 3.5 |
| J95370 | 150 (302) | 700 (100) | 101,000 | Valores de producción aceptables |
La envolvente 3b es donde los superausteníticos 6Mo justifican su precio. 171 °C (340 °F) a 100 kPa de H₂S con 5,000 mg/l de cloruro está muy por encima de cualquier valor que alcance el 316L. La tubería sin costura de 254 SMO se sitúa en este grupo con su PREN por encima de 42.
La tubería sin costura de 904L califica por la vía del tipo 3a en lugar de la 3b, porque su 4–5 % de molibdeno y su 23–28 % de níquel superan la prueba (%Ni + 2 × %Mo) > 30 mientras que su PREN típico queda por debajo de 40. La clasificación sigue la composición real de la colada. La vía por la que se califica cambia qué filas de la envolvente pueden usarse.
El N08926 se indica individualmente porque se ensayó a límites de cloruro más altos que el tipo en su conjunto: 65,000 mg/l a 121 °C y 700 kPa de H₂S, con pH estimado a partir de las condiciones de ensayo de laboratorio. Las filas de la Tabla A.8 están marcadas No para azufre elemental; las Tablas A.10 y A.11 son NDS.
Aleaciones de níquel de solución sólida: límites del Anexo A.4
El grupo A.4 se divide en seis tipos según la composición. Los tipos recocidos 4a y 4b contienen la entrada más útil de toda la norma, y la razón está en la columna de Observaciones más que en los números.
| Tipo de material | Cr mín. % | Ni + Co mín. % | Mo mín. % | Mo + W mín. % | Condición metalúrgica |
| Tipo 4a | 19.0 | 29.5 | 2.5 | — | Recocido por solución o recocido |
| Tipo 4b | 14.5 | 52 | 12 | — | Recocido por solución o recocido |
| Tipo 4c | 19.5 | 29.5 | 2.5 | — | Recocido y trabajado en frío |
| Tipo 4d | 19.0 | 45 | — | 6 | Recocido y trabajado en frío |
| Tipo 4e | 14.5 | 52 | 12 | — | Recocido y trabajado en frío |
| Tipo 4f (solo N07022) | 20.0 | 58 | 15.5 | — | Recocido y trabajado en frío, o trabajado en frío y envejecido |
Las aleaciones recocidas de los tipos 4a y 4b no tienen límite de temperatura, presión parcial de H₂S, concentración de cloruro ni pH in situ, y están marcadas como ‘resistentes al azufre’: Sí. La norma solo señala que algunas combinaciones de valores podrían no ser aceptables aunque no se fijen límites individuales.
La tubería sin costura de Incoloy 825 se encuadra en el tipo 4a por su 19.5–23.5 % de cromo, 38–46 % de níquel y 2.5–3.5 % de molibdeno. La condición recocida es obligatoria, y ese es el requisito metalúrgico completo para el tipo.
La tubería sin costura de Inconel 625 también califica como tipo 4a, superando con holgura los mínimos de 19 % de cromo y 2.5 % de molibdeno con 20–23 % y 8–10 % respectivamente. Su 58 % de níquel mínimo está muy por encima del 29.5 % que exige el tipo.
La tubería sin costura de Hastelloy C-276 alcanza el tipo 4b, el escalón superior, gracias a su 15–17 % de molibdeno frente al mínimo de 12 % y a una base de níquel superior al requisito del 52 %. El tipo 4b existe precisamente para las aleaciones Ni-Cr-Mo concebidas para servicio con ácidos reductores.
La tubería sin costura de Hastelloy C-22 se sitúa en el mismo escalón del tipo 4b con 12.5–14.5 % de molibdeno y 20–22.5 % de cromo, cambiando parte del molibdeno por cromo para manejar condiciones oxidantes que al C-276 le resultan más difíciles.
La tubería sin costura de Monel 400 se lista individualmente como N04400 en lugar de por tipo, con la misma envolvente ambiental sin restricciones pero una dureza máxima de 35 HRC y una marca NDS para azufre elemental. El N04405 recibe un tratamiento idéntico.
Las aleaciones de níquel trabajadas en frío pierden la envolvente abierta
El trabajo en frío lo cambia todo. Los tipos 4c, 4d y 4e cambian la envolvente sin restricciones por una graduada en la que temperatura y H₂S se compensan mutuamente, y la mayoría de las filas pierden la resistencia al azufre elemental.
| Tipo de material | Temp. máx., °C (°F) | pH₂S máx., kPa (psi) | ¿Resistente al azufre? |
| Tipos trabajados en frío 4c, 4d, 4e | 232 (450) | 200 (30) | No |
| Tipos trabajados en frío 4c, 4d, 4e | 218 (425) | 700 (100) | No |
| Tipos trabajados en frío 4c, 4d, 4e | 204 (400) | 1,000 (150) | No |
| Tipos trabajados en frío 4c, 4d, 4e | 177 (350) | 1,400 (200) | No |
| Tipos trabajados en frío 4c, 4d, 4e | 132 (270) | Sin límite establecido | Sí |
Límites metalúrgicos para las aleaciones de níquel trabajadas en frío de la Tabla A.14:
- Tope de dureza: la dureza máxima se limita a 40 HRC para los tipos 4c, 4d y 4e (o 45 HRC para UNS N10276 cuando se usa a 121 °C [250 °F] o más)
- Topes de límite elástico: el límite elástico máximo derivado del trabajo en frío se limita a 1,034 MPa (150 ksi) para los tipos 4c y 4d, y a 1,240 MPa (180 ksi) para el tipo 4e
- Aplicación del alcance: las cuatro primeras filas ambientales se aplican colectivamente a los tipos 4c, 4d y 4e, mientras que las filas de mayor severidad/mayor presión de la Tabla A.14 se aplican específicamente a los tipos 4d/4e o solo al tipo 4e
Lea la última fila frente a las cuatro primeras. Al bajar a 132 °C, el límite de H₂S desaparece mientras la resistencia al azufre regresa. Los tubulares de aleación de níquel trabajados en frío están limitados por temperatura, no por H₂S, una vez que las condiciones de operación se mantienen por debajo de 132 °C.
Aceros inoxidables dúplex: límites del Anexo A.7
El dúplex se identifica por banda de PREN, no por nombre de grado. Tres condiciones metalúrgicas se aplican por igual al dúplex forjado, fundido y prensado isostáticamente en caliente: recocido por solución y templado en líquido o enfriado rápidamente por otros métodos, un contenido de ferrita entre el 35 % y el 65 % en volumen, y ausencia de tratamientos térmicos de envejecimiento.
| Banda de PREN | Temp. máx. °C (°F) | pH₂S máx. kPa (psi) | Cloruro máx. mg/l | ¿Resistente al azufre? |
| 30 ≤ PREN ≤ 40.0, Mo ≥ 1.5 % | 232 (450) | 10 (1.5) | 180,000 | NDS |
| 30 ≤ PREN ≤ 40.0, Mo ≥ 1.5 % (HIP) | 232 (450) | 10 (1.5) | 180,000 | NDS |
| 40.0 < PREN ≤ 45 | 232 (450) | 20 (3) | 180,000 | NDS |
| 40.0 < PREN ≤ 45 (HIP) | 232 (450) | 20 (3) | 180,000 | NDS |
| 30 ≤ PREN ≤ 40.0, Mo ≥ 1.5 % | Sin límite establecido | Sin límite establecido | 50 | NDS |
| 40.0 < PREN ≤ 45 | Sin límite establecido | Sin límite establecido | 50 | NDS |
La lectura práctica es directa. El dúplex estándar obtiene 10 kPa (1.5 psi) de H₂S; el súper dúplex lo duplica a 20 kPa (3 psi). Ambos mantienen 232 °C (450 °F) y 180,000 mg/l de cloruro. Superar PREN 40.0 compra margen de H₂S, nada más en esta tabla.
La tubería sin costura de dúplex 2205 cae en la banda de 30 a 40.0 por su composición típica, razón por la cual su envolvente de servicio ácido se limita a 10 kPa de H₂S. La ventana de ferrita del 35 % al 65 % es una barrera estricta junto a ella; una química correcta con ferrita fuera de ese rango no califica.
La tubería sin costura de dúplex S31803 conserva la ventana de química original más amplia, de modo que coladas individuales pueden calcular a uno u otro lado de un límite de PREN. Como los límites de PREN son absolutos y se basan en la composición real, el S32205, con sus mínimos de nitrógeno y cromo más ajustados, es la compra más segura para servicio ácido.
La tubería sin costura de súper dúplex 2507 alcanza la banda de 20 kPa solo si el PREN real de la colada es superior a 40.0 y no superior a 45. Especifique este rango en el pedido de compra. Esa tolerancia de H₂S duplicada es la razón comercial más clara para especificar súper dúplex en lugar de dúplex estándar en servicio ácido.
La tubería sin costura de súper dúplex S32760 alcanza la misma banda con tungsteno en la mezcla, y la fórmula PREN cuenta el tungsteno a medio peso mediante el término 0.5 × %W. El S32750 y el S32760 pueden caer por debajo de 40.0 o por encima de 45 según la colada. La asignación de banda sigue la composición real.
El dúplex de fondo de pozo recibe números diferentes
La Tabla A.25 cubre el dúplex usado como componentes tubulares de fondo de pozo, empacadores y equipos de subsuelo. Las condiciones cambian: recocido por solución, templado en líquido y trabajado en frío, ferrita del 35 % al 65 %, y una dureza máxima de 36 HRC, muy por encima de lo esperado para equipos generales.
Las envolventes también cambian. La banda de 30 a 40.0 baja a 2 kPa (0.3 psi) de H₂S pero acepta cualquier combinación de temperatura, cloruro y pH in situ que se produzca en producción. La banda de 40.0 a 45 mantiene 20 kPa (3 psi) con 120,000 mg/l de cloruro, y la norma advierte que los límites de cloruro aquí dependen fuertemente del límite elástico y del nivel de trabajo en frío.
La soldadura de dúplex conlleva criterios de aceptación microestructurales
Las soldaduras de dúplex se enfrentan a comprobaciones que ningún otro grupo recibe. La dureza de la ZAT no debe exceder el máximo del metal base, y la dureza del metal de soldadura no debe exceder el límite de la aleación del consumible. Más allá de la dureza, una sección transversal debe atacarse químicamente y examinarse a ×400 aumentos como parte de la calificación del procedimiento.
Cuatro criterios de aceptación se aplican a ese examen. Los límites de grano no deben presentar precipitados continuos. Las fases intermetálicas, nitruros y carburos no deben exceder el 1.0 % en total, y la fase sigma no debe exceder el 0.5 %. La ferrita en la raíz de soldadura y en la pasada final no recalentada debe estar entre el 30 % y el 70 % en volumen según ASTM E562, una ventana más amplia que el 35 % a 65 % exigido al metal base.
Límites de dureza en los grupos de CRA
Los topes de dureza varían según el grupo y, a veces, según el tipo de componente dentro de un grupo. La tabla recopila los límites para las familias que XTD suministra.
| Familia de aleaciones | Grados representativos | Dureza máx. | Condición requerida |
| Inoxidable austenítico (A.2) | 316L, 317L, 321, 347 | 22 HRC | Recocido por solución y templado, o recocido y estabilizado térmicamente; sin trabajo en frío de endurecimiento |
| Austenítico — S20910 | Nitronic 50 | 35 HRC | Recocido o laminado en caliente |
| Austenítico altamente aleado (A.3) | 904L, 254 SMO, Alloy 926 | Según tabla; J93254 100 HRB | Recocido por solución |
| Níquel de solución sólida (A.4) | 825, 625, C-276, C-22 | Sin límite general para los tipos 4a/4b | Recocido por solución o recocido |
| Níquel de solución sólida — N04400 | Monel 400 | 35 HRC | Recocido |
| Dúplex, equipos generales (A.7) | 2205, 2507, Zeron 100 | Sin límite en tabla; ferrita 35–65 % | Recocido por solución y templado en líquido; sin envejecimiento |
| Dúplex, fondo de pozo (Tabla A.25) | 2205, 2507 | 36 HRC | Recocido por solución, templado en líquido y trabajado en frío |
| Níquel endurecido por precipitación (A.9) | 925, K-500, Alloy 718 | Según tabla individual; N07718 45 HRC | Recocido por solución y envejecido según el ciclo especificado |
La misma tolerancia de promediado que se aplica en la Parte 2 se aplica aquí. Una lectura HRC individual por encima del valor permitido puede aceptarse si el promedio de varias lecturas próximas entre sí se mantiene dentro del límite y ninguna lectura individual lo excede en más de 2 HRC.
Revestimientos, recargues y tratamientos superficiales
Los recubrimientos metálicos, los recubrimientos de conversión, los recubrimientos plásticos y los revestimientos interiores pueden utilizarse pero no son aceptables para prevenir el agrietamiento. El efecto de su aplicación sobre la resistencia al agrietamiento del sustrato debe considerarse igualmente.
La nitruración hasta una profundidad de capa máxima de 0.15 mm (0.006 in) es aceptable como tratamiento superficial si se realiza por debajo de la temperatura crítica inferior de la aleación. La norma añade una prohibición directa: el uso de la nitruración como medio para prevenir el agrietamiento en servicio ácido no es aceptable.
La cláusula A.13 rige la composición y la resistencia al agrietamiento de los recargues. Aquí es donde se encuentran la Parte 2 y la Parte 3: un sustrato de acero al carbono sigue las reglas de dureza y tratamiento térmico de la Parte 2 mientras que los materiales de A.2–A.11 pueden usarse como revestimiento o recargue. El material base debe seguir cumpliendo la Parte 2 o la Parte 3 a menos que se documente la integridad a largo plazo de la capa. Los recargues de N06625 se limitan a 5 % o 10 % de Fe. Las aleaciones resistentes al desgaste no tienen límites en ISO 15156.
Las roscas mecanizadas son aceptables. Las roscas laminadas conformadas en frío son aceptables en las CRA siempre que el material y sus límites de aplicación cumplan por lo demás. El granallado controlado (shot-peening) se permite con un tamaño máximo de granalla de 2.0 mm (0.080 in) y una intensidad Almen no superior a 10C, controlado según SAE AMS-2430.
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Composición química de las familias de CRA del Anexo A
La composición decide en qué tipo de material se encuadra una aleación y, por tanto, qué envolvente se aplica. La tabla da la composición nominal en porcentaje en peso para las familias de CRA especificadas con más frecuencia bajo la Parte 3, con la cláusula del Anexo A que las rige.
| Grado | UNS | Cr | Ni | Mo | N | Grupo del Anexo A |
| 316L | S31603 | 16.0–18.0 | 10.0–14.0 | 2.0–3.0 | — | A.2 austenítico |
| 317L | S31703 | 18.0–20.0 | 11.0–15.0 | 3.0–4.0 | — | A.2 austenítico |
| 904L | N08904 | 19.0–23.0 | 23.0–28.0 | 4.0–5.0 | 0.10 máx. | A.3 tipo 3a |
| 254 SMO | S31254 | 19.5–20.5 | 17.5–18.5 | 6.0–6.5 | 0.18–0.22 | A.3 tipo 3b |
| Alloy 926 | N08926 | 19.0–21.0 | 24.0–26.0 | 6.0–7.0 | 0.15–0.25 | A.3 tipo 3b |
| Dúplex 2205 | S32205 | 22.0–23.0 | 4.5–6.5 | 3.0–3.5 | 0.14–0.20 | A.7 PREN 30–40.0 |
| Dúplex 2205 | S31803 | 21.0–23.0 | 4.5–6.5 | 2.5–3.5 | 0.08–0.20 | A.7 PREN 30–40.0 |
| Súper dúplex 2507 | S32750 | 24.0–26.0 | 6.0–8.0 | 3.0–5.0 | 0.24–0.32 | A.7 PREN 40.0–45 |
| Zeron 100 | S32760 | 24.0–26.0 | 6.0–8.0 | 3.0–4.0 | 0.20–0.30 | A.7 PREN 40.0–45 |
| Incoloy 825 | N08825 | 19.5–23.5 | 38.0–46.0 | 2.5–3.5 | — | A.4 tipo 4a |
| Inconel 625 | N06625 | 20.0–23.0 | 58.0 mín. | 8.0–10.0 | — | A.4 tipo 4a |
| Hastelloy C-276 | N10276 | 14.5–16.5 | Resto | 15.0–17.0 | — | A.4 tipo 4b |
| Hastelloy C-22 | N06022 | 20.0–22.5 | Resto | 12.5–14.5 | — | A.4 tipo 4b |
| Monel 400 | N04400 | — | 63.0 mín. | — | — | A.4 individual |
| Incoloy 925 | N09925 | 19.5–22.5 | 42.0–46.0 | 2.5–3.5 | — | A.9 níquel PH |
Zeron 100 muestra por qué importa el término del tungsteno: su 0.5–1.0 % de tungsteno entra en la suma del PREN a medio peso mediante el término 0.5 × %W. Calcule siempre el PREN a partir del certificado de fábrica, nunca a partir del punto medio de la hoja de datos.
Propiedades mecánicas de las CRA para servicio ácido
Las tablas del Anexo A fijan la condición metalúrgica y la dureza; los mínimos mecánicos provienen de la especificación de producto ASTM que rige. La tabla empareja ambos para que una sola fila le indique lo que el material ofrece y lo que la Parte 3 permite.
| Grado | Tracción mín., MPa (ksi) | Límite elástico mín., MPa (ksi) | Alarg. mín., % | Condición según Parte 3 |
| 316L | 485 (70) | 170 (25) | 35 | 22 HRC, recocido por solución y templado |
| 317L | 515 (75) | 205 (30) | 35 | 22 HRC, recocido por solución y templado |
| 904L | 490 (71) | 215 (31) | 35 | Recocido por solución |
| 254 SMO | 650 (94) | 300 (44) | 35 | Recocido por solución |
| Dúplex 2205 | 620 (90) | 450 (65) | 25 | Ferrita 35–65 %, sin envejecimiento |
| Súper dúplex 2507 | 800 (116) | 550 (80) | 15 | Ferrita 35–65 %, sin envejecimiento |
| Zeron 100 | 750 (109) | 550 (80) | 25 | Ferrita 35–65 %, sin envejecimiento |
| Incoloy 825 | 586 (85) | 241 (35) | 30 | Recocido, tipo 4a |
| Inconel 625 Gr.1 | 827 (120) | 414 (60) | 30 | Recocido, tipo 4a |
| Inconel 625 Gr.2 | 690 (100) | 276 (40) | 30 | Recocido por solución, tipo 4a |
| Hastelloy C-276 | 690 (100) | 283 (41) | 40 | Recocido por solución, tipo 4b |
| Hastelloy C-22 | 690 (100) | 310 (45) | 45 | Recocido por solución, tipo 4b |
| Monel 400 | 480 (70) | 195 (28) | 35 | Recocido, 35 HRC máx. |
El súper dúplex, con 550 MPa (80 ksi) de límite elástico mínimo, ofrece más de tres veces el límite elástico del 316L mientras mantiene 232 °C y 180,000 mg/l de cloruro. El límite que aprieta es el H₂S a 20 kPa (3 psi), no la resistencia ni el cloruro, que es exactamente cuando las aleaciones de níquel toman el relevo.
Tolerancias dimensionales para tubulares de CRA en servicio ácido
ISO 15156-3 no fija tolerancias dimensionales. Estas provienen de la especificación de producto ASTM bajo la cual se pide el material, que varía según la familia de aleación y la forma del producto.
| Familia de aleaciones | Especificación aplicable | Tolerancia de OD | Tolerancia de pared |
| Tubería de acero inoxidable austenítico | ASTM A312 / A999 | Según Tabla 3 de A999 | +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 de dúplex / súper dúplex | ASTM A790 / A999 | Según Tabla 3 de A999 | +22.5 % / −12.5 % |
| Tubo de 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 % / −15 % (pared mín.) |
| Tubería y tubo de Incoloy 825 | ASTM B423 / B829 | Según Tabla 2 de B829 | +22 % / 0 (pared nominal) |
Pedir con pared mínima elimina la tolerancia negativa, de modo que la pared entregada nunca baja del espesor de diseño. En una CRA que cuesta varias veces más que el acero al carbono, el sobreprecio por pared mínima es pequeño frente al coste de una disputa por espesor de pared una vez que el material está en obra.
Calificación mediante ensayos de laboratorio según el Anexo B
Una CRA puede calificarse por ensayos para condiciones de operación más severas que los límites del Anexo A, y para condiciones metalúrgicas distintas de las enumeradas: mayor resistencia, tratamiento térmico alternativo, etc. Esa flexibilidad es explícita en la cláusula 6.1.
Se añaden dos obligaciones. La documentación de las calificaciones según el Anexo B debe cumplir la cláusula 9 de ISO 15156-1:2020, y el usuario del equipo debe verificar las calificaciones y conservar la documentación que respalda las selecciones de materiales realizadas. El Anexo D de la Parte 3 da conjuntos designados de condiciones de ensayo, y NACE TM0177 aporta los métodos de ensayo de laboratorio.
Las soldaduras tienen tres vías de calificación propias: conformidad con los requisitos del Anexo A para el grupo de materiales específico, ensayos de calificación de resistencia al agrietamiento de la soldadura según el Anexo B, o experiencia en campo documentada siguiendo el modelo de la vía del material base de la Parte 1. La norma advierte que el Anexo A podría no ser apropiado para todas las combinaciones de metal base y metal de soldadura.
Aplicaciones clave de las aleaciones calificadas según ISO 15156-3
Líneas de flujo y sistemas de recolección en servicio ácido
El servicio en líneas de flujo suele quedar dentro de la envolvente del dúplex: 232 °C y 180,000 mg/l de cloruro cubren la mayoría de los fluidos producidos, y la cuestión pasa a ser si el H₂S se mantiene por debajo de 10 kPa para el dúplex estándar o de 20 kPa para el súper dúplex. Por encima de eso, la línea pasa a aleación de níquel o a construcción revestida.
Tubería de fondo de pozo y equipos de terminación
El trabajo de fondo de pozo utiliza las tablas específicas por componente, que admiten material trabajado en frío a 36 HRC para el dúplex en lugar de las condiciones de equipos generales. El tubo sin costura de súper dúplex en condición trabajada en frío cubre terminaciones de severidad media antes de que las aleaciones de níquel resulten necesarias.
Cabezales de pozo, árboles de navidad y equipos submarinos
Los componentes de cabezales de pozo y árboles de navidad en aleaciones de níquel de solución sólida deben cumplir además con ISO 10423, una referencia cruzada que la norma indica directamente en la Tabla A.13. Los conjuntos submarinos ponen en juego pares galvánicos, que es el mecanismo GHSC que la Parte 1 añadió en 2020.
Endulzamiento de gas natural y servicio con aminas
Las unidades de aminas concentran H₂S deliberadamente. El tubo sin costura de 316L sirve para amina pobre dentro de la envolvente del S31603, mientras que la amina rica y los vapores de cabeza del regenerador pasan a austenítico 6Mo o a 825 según el arrastre de cloruros y la temperatura de operación.
Servicio con azufre elemental
La resistencia al azufre es la columna que la mayoría de los compradores omite y de la que dependen la mayoría de los fallos. Todas las filas de dúplex y de austeníticos altamente aleados están marcadas NDS o No. Resistente al azufre = Sí se aplica solo a filas específicas: tipos recocidos 4a/4b, aleaciones de base cobalto (A.38), titanio (A.41) y algunas filas de níquel trabajado en frío y de níquel endurecido por precipitación. Compruebe la fila exacta. El azufre libre en la corriente reduce la elección a las filas marcadas Sí.
Resumen
ISO 15156-3 es una tabla de consulta, pero de cuatro dimensiones. Temperatura, presión parcial de H₂S, cloruro y pH deben caer todos dentro de una fila de una tabla del Anexo A, y las filas se leen completas. Suba la temperatura y el margen de cloruro cae; supere PREN 40.0 y la tolerancia de H₂S del dúplex se duplica.
La jerarquía queda clara una vez que las tablas se leen una junto a otra. El 316L cubre el servicio ácido leve, el dúplex cubre alto cloruro con bajo H₂S, el súper dúplex duplica la tolerancia de H₂S, y las aleaciones de níquel recocidas de los tipos 4a y 4b no tienen límite ambiental alguno. Con azufre elemental presente, use solo las filas marcadas Sí. NDS significa que no se presentaron datos.
Preguntas frecuentes
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¿Cuál es el límite de H₂S para el acero inoxidable dúplex en servicio ácido?
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¿Cómo se calcula el PREN según ISO 15156-3?PREN = %Cr + 3.3 × (%Mo + 0.5 × %W) + 16 × %N, calculado a partir de la composición real y tratado como límite absoluto según ASTM E29. Los valores no se redondean antes de compararlos con el límite. La composición nominal se utiliza solo para la clasificación general, de modo que el certificado de fábrica determina en qué banda de PREN se sitúa realmente una aleación.
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¿Por qué el 316L tiene sus propias filas en la Tabla A.2?Porque el S31603 se ensayó mucho más allá de la envolvente austenítica genérica. El tipo de material admite 60 °C y 100 kPa de H₂S con cualquier cloruro y pH, o cualquier temperatura y H₂S con 50 mg/l de cloruro; las filas del S31603 alcanzan 1,000 kPa de H₂S con 50,000 mg/l de cloruro a 60 °C, o 149 °C con cloruro reducido. Usar esas filas exige material recocido por solución y templado, libre de trabajo en frío posterior al recocido.
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¿Tienen las aleaciones de níquel recocidas algún límite ambiental?No. Las aleaciones recocidas de los tipos 4a y 4b no tienen límites de temperatura, presión parcial de H₂S, cloruro ni pH in situ, y están marcadas como resistentes al azufre. La única salvedad es que algunas combinaciones de valores podrían no ser aceptables aunque no se fijen límites individuales. Los tipos trabajados en frío 4c, 4d y 4e pierden esa libertad y siguen una tabla graduada de temperatura frente a H₂S.
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¿Qué contenido de ferrita necesita el dúplex?Del 35 % al 65 % en volumen para el metal base, y del 30 % al 70 % en la raíz de soldadura y en la pasada final no recalentada, medido según ASTM E562. El metal base debe además estar recocido por solución y templado en líquido o enfriado rápidamente, sin tratamientos térmicos de envejecimiento. Una química correcta con ferrita fuera de esa ventana no califica.
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¿Qué significa NDS en las tablas del Anexo A?No se presentaron datos, lo que significa que no se aportó evidencia para establecer si el material es aceptable en servicio con presencia de azufre elemental. No es una aprobación ni un rechazo. Si existe azufre libre en su corriente, una marca NDS significa que la aleación necesita calificación mediante ensayos o experiencia en campo antes de poder usarla allí.
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¿Puedo usar una CRA más allá de sus límites del Anexo A?Sí, mediante calificación. La cláusula 6.1 permite calificar una CRA por ensayos para condiciones más severas que las indicadas en el Anexo A, y para condiciones metalúrgicas distintas de las enumeradas. Los ensayos siguen el Anexo B, la documentación sigue la cláusula 9 de ISO 15156-1, y el usuario del equipo debe verificar la calificación y conservar los registros de respaldo.
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¿Afecta el trabajo en frío al desempeño de las CRA en servicio ácido?Significativamente. La norma establece que la resistencia a la SCC de los aceros inoxidables austeníticos puede verse afectada negativamente por el trabajo en frío, y el tipo de material austenítico exige material libre de trabajo en frío destinado a mejorar las propiedades mecánicas. En las aleaciones de níquel, el trabajo en frío traslada una aleación de una envolvente sin restricciones a una graduada. Los componentes dúplex de fondo de pozo son la excepción, donde el trabajo en frío es requerido en lugar de prohibido.
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¿Son aceptables los recubrimientos o revestimientos interiores para prevenir el agrietamiento?No. Los recubrimientos metálicos, los recubrimientos de conversión, los recubrimientos plásticos y los revestimientos interiores pueden utilizarse, pero no son aceptables para prevenir el agrietamiento, y debe considerarse su efecto sobre la resistencia al agrietamiento del sustrato. La nitruración por debajo de la temperatura crítica inferior hasta una profundidad de capa máxima de 0.15 mm es un tratamiento superficial aceptable, pero el uso de la nitruración para prevenir el agrietamiento en servicio ácido es explícitamente no aceptable.
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¿Qué tabla se aplica a mi componente?La Tabla A.1 de la norma le orienta según el tipo de equipo o componente. Existen tablas separadas para equipos generales, componentes tubulares de fondo de pozo y empacadores, y vástagos de válvula, pasadores y ejes. Las tablas específicas por componente suelen permitir límites ambientales o metalúrgicos menos restrictivos, por lo que consultar solo la tabla general puede descartar una aleación que habría calificado.