Norma NACE TM0177-2024

Historial de revisiones

La norma se ha revisado repetidamente desde la década de 1980, y cada revisión ha hecho más estrictos el procedimiento y los informes. La tabla muestra el linaje publicado.

La revisión de 2024 aclaró la información general y revisó las definiciones de las soluciones de ensayo para dar cabida a las necesidades ampliadas de la industria, incluidos los procedimientos de desaireación y saturación. Se revisaron los requisitos de informe de los cuatro métodos y se actualizaron las disposiciones de calificación.

4 métodos de ensayo NACE TM0177: A, B, C y D

La norma contiene cuatro métodos, y cada uno mide algo diferente. Los Métodos A y C producen un resultado de agrietamiento o no agrietamiento a un nivel de tensión, el Método B produce un factor de tensión crítico derivado estadísticamente (S_c), y el Método D produce un valor numérico de mecánica de la fractura. Elegir el equivocado da un ensayo válido que responde a la pregunta equivocada.

Método A: ensayo de tracción estándar NACE

El Método A evalúa la resistencia de los metales al EAC bajo carga de tracción uniaxial. Ofrece una probeta simple sin entalla con un estado de tensión bien definido, y la susceptibilidad se determina normalmente por el tiempo hasta la fractura. Las probetas cargadas a un nivel de tensión determinado dan un resultado de agrietamiento o no agrietamiento; ensayar varias a distintos niveles de tensión produce una tensión umbral aparente.

La probeta de tracción estándar tiene una sección reducida de 6.35 ± 0.13 mm (0.250 ± 0.005 in) de diámetro por 25.4 ± 0.13 mm (1.00 ± 0.005 in) de longitud. Es aceptable una probeta de tamaño reducido de 3.81 ± 0.05 mm (0.150 ± 0.002 in) de diámetro con la misma longitud. Tanto el diámetro como la longitud de la sección reducida deben informarse, y la orientación de la probeta afecta a los resultados, por lo que también se informa.

El ensayo finaliza con la fractura de la probeta o después de 720 horas, lo que ocurra primero. El Método A es el ensayo que ISO 15156-2 designa para los tubulares de baja aleación Cr-Mo en los grados de SMYS de 690 a 760 MPa, donde cada lote de ensayo debe demostrar la resistencia al SSC mediante el ensayo UT.

Método B: ensayo estándar NACE de viga doblada en tres puntos

El Método B ensaya aceros al carbono y de baja aleación mediante dispositivos de deflexión constante que aplican flexión en tres puntos. El pequeño tamaño de la probeta facilita el ensayo de zonas pequeñas y localizadas y de materiales delgados, en particular zonas de soldadura y regiones de la zona afectada térmicamente (HAZ).

La probeta estándar tiene 4.57 ± 0.13 mm (0.180 ± 0.0050 in) de ancho, 1.52 ± 0.13 mm (0.060 ± 0.0050 in) de espesor y 67.3 ± 1.3 mm (2.65 ± 0.050 in) de longitud. Generalmente se toman de 12 a 16 probetas de una muestra para determinar la susceptibilidad, porque el resultado es un factor de tensión crítico derivado estadísticamente y no un simple aprobado o rechazado.

El Método B figura como ensayo de verificación de producto en API 5CT, razón por la cual las fábricas de tubería de revestimiento y de producción (casing y tubing) recurren a él. El ensayo finaliza después de 720 horas o cuando todas las probetas han fallado, lo que ocurra primero.

El Método B utiliza su propia solución de ensayo de 0.5 % en peso de ácido acético glacial en agua destilada o desionizada sin adición de NaCl, y el uso de las Soluciones de ensayo A a D con el Método B no se ha normalizado. Dado que la tensión calculada es una pseudotensión, el Método B no es adecuado para determinar una tensión umbral.

Método C: ensayo estándar NACE de anillo en C

El Método C utiliza una probeta de anillo en C sin entalla conforme a ASTM G38. Las probetas deflectadas hasta un nivel determinado de tensión en la fibra exterior dan un resultado de agrietamiento o no agrietamiento, y ensayar varias a distintos niveles de tensión produce una tensión umbral aparente.

Los anillos en C son adecuados para productos tubulares porque la probeta se corta directamente de la pared de la tubería o del tubo y se carga circunferencialmente, reproduciendo la dirección de la tensión circunferencial que el material experimenta en servicio. El ensayo finaliza después de 720 horas o tras el agrietamiento de todas las probetas de anillo en C, lo que ocurra primero.

Método D: ensayo estándar NACE de viga en doble voladizo

El Método D mide la resistencia a la propagación de grietas en lugar de a la iniciación de grietas, expresada como un factor de intensidad de tensión crítico: K_ISSC para SSC y K_EAC para el caso más general de EAC. Utiliza un ensayo de mecánica de la fractura del tipo de detención de grieta.

La ventaja es la fiabilidad del resultado. El Método D no depende de la incertidumbre de las picaduras o de la iniciación de grietas, porque en un ensayo válido siempre se inicia una grieta. Proporciona una valoración numérica directa de la resistencia a la propagación de grietas en lugar de un juicio de agrietamiento o no agrietamiento.

Ese resultado numérico es también su limitación en los trabajos de calificación. La Tabla B.1 de ISO 15156-2 incluye el DCB con criterios de aceptación que deben fijarse por acuerdo documentado, y su uso como calificación queda a discreción del usuario del equipo con justificación documentada.

4 soluciones de ensayo estándar: Soluciones A, B, C y D

Las cuatro soluciones son salmueras acuosas con una presión parcial de H₂S especificada por el usuario o el comprador. La Solución A es acidificada, la Solución B es acidificada y tamponada, y las Soluciones C y D son salmueras que contienen acetato cuyo pH inicial es especificado por el usuario o el comprador y se ajusta con HCl o NaOH.

Tres reglas rigen el pH y, cuando se incumplen, invalidan los ensayos. El pH inicial debe estar dentro del rango indicado y debe informarse. Para las soluciones estándar de TM0177, no se permite alterar la composición de la solución para ajustar el pH, y una solución fuera de rango se desecha, no se corrige. Para las Soluciones A y B, el pH final puede aumentar durante el ensayo pero no debe superar 4.0, y un ensayo que lo supere es inválido.

Nota: La norma señala que el pH se mantendrá dentro del límite si se mantiene la relación entre el volumen de solución de ensayo y el área superficial de la probeta y se cumplen los requisitos de oxígeno disuelto. Un pH que deriva suele indicar un problema de relación o de oxígeno, no del material.

Tres gases de ensayo permitidos

El gas de ensayo es especificado por el usuario o el comprador entre tres opciones, y después de la saturación el gas debe burbujearse de forma continua a un caudal que mantenga la saturación.

• H₂S químicamente puro, la forma en que históricamente se especificaba la Solución A
• Una mezcla de H₂S y nitrógeno, con un contenido de H₂S suficiente para producir la presión parcial especificada
• Una mezcla de H₂S y CO₂, con un contenido de H₂S suficiente para producir la presión parcial especificada

El inicio del ensayo se define como el momento en que se alcanza la saturación, no el momento en que la probeta entró en el recipiente. La saturación debe verificarse o validarse mediante el procedimiento que establece la norma.

Duración del ensayo y la advertencia sobre el tiempo de exposición de las CRA

720 horas (30 días) es la duración estándar del ensayo para los Métodos A, B y C. Cada uno finaliza a las 720 horas o cuando las probetas han fallado, lo que ocurra primero. El Método A también finaliza con la fractura de la probeta.

Una nota del alcance merece más atención de la que sugiere su extensión. Puede requerirse un tiempo de exposición adicional al ensayar aleaciones resistentes a la corrosión, con orientación adicional en la Circular Técnica 2:2022 de ISO 15156-3:2020.

Esto importa comercialmente. Un resultado de 720 horas en una aleación dúplex o de níquel puede no ser la respuesta completa, y un comprador que especifique ensayos de CRA debe confirmar si aplica la orientación sobre exposición prolongada antes de que el laboratorio reserve el recipiente.

Para el Método D (DCB), la duración del ensayo para aceros al carbono y de baja aleación debe ser de al menos 14 días, o de al menos 17 días en las Soluciones de ensayo C y D. Para aceros inoxidables y aleaciones de base Ni, Ni/Co, Ti o Zr debe ser de al menos 720 horas, y los aceros de muy alta resistencia, las bajas temperaturas o los ambientes con bajo contenido de H₂S pueden necesitar 21 días o más. La duración es especificada por el usuario o el comprador y se informa junto con los resultados.

Cómo se conecta TM0177 con MR0175 e ISO 15156

TM0177 es un método de ensayo al que recurren MR0175 e ISO 15156. Produce resultados; las normas de materiales deciden qué permiten esos resultados.

La página de la norma NACE MR0175 explica la estructura en tres partes y cómo se corresponden las designaciones. TM0177 está detrás de las tres partes como el procedimiento de ensayo del que dependen sus vías de calificación del Anexo B.

Para los aceros al carbono y de baja aleación, la página de la norma ISO 15156-2 cubre la Tabla B.1, que fija los niveles de tensión aplicada en ≥ 90 % del límite elástico real (AYS) para aplicaciones específicas o las regiones SSC 1 y 2, y en ≥ 80 % del AYS para la calificación en todas las regiones SSC.

Para los aceros inoxidables, dúplex y aleaciones de níquel, la página de la norma ISO 15156-3 explica cómo la norma permite la calificación mediante ensayos para condiciones más severas que las que dan sus tablas del Anexo A, y para condiciones metalúrgicas diferentes de las indicadas. TM0177 es la forma en que se realizan esos ensayos.

Qué materiales se ensayan según TM0177

La mayoría de los materiales nunca pasan por un recipiente de TM0177. Las aleaciones incluidas en las tablas del Anexo A de ISO 15156, utilizadas dentro de sus límites ambientales establecidos, están calificadas sin necesidad de ensayos SSC adicionales. Los ensayos entran en juego en cuatro situaciones.

• La aleación no está en el Anexo A: un grado fuera de los tipos de material o aleaciones individuales incluidos
• El servicio excede la envolvente del Anexo A: mayor H₂S, mayor temperatura, menor pH o mayor contenido de cloruros que los que permite la tabla
• La condición metalúrgica difiere: mayor resistencia, tratamiento térmico alternativo o una condición de trabajado en frío que la tabla no cubre
• Calificación de procedimientos de soldadura: cuando se están estableciendo criterios alternativos de aceptación de dureza de soldadura a partir de ensayos SSC satisfactorios en muestras soldadas

Un quinto caso es comercial más que técnico. ISO 15156-2 orienta su vía de calificación de la Opción 2 a materiales a granel como OCTG y tubería de conducción (line pipe), donde el incentivo económico de utilizar un acero fuera del Anexo A supera el coste de la calificación.

Para la tubería sin costura dúplex 2205? suministrada recocida por solución y templada con ferrita dentro de la ventana del 35 % al 65 %, el Anexo A califica el material sin ensayos TM0177 solo cuando se utiliza dentro de límites ambientales definidos, como una presión parcial máxima de H₂S de 10 kPa (1.5 psi) para equipos en general o de 2 kPa (0.3 psi) para tubulares de fondo de pozo trabajados en frío.

Lo mismo ocurre más arriba en la gama. La tubería sin costura de Inconel 625 en condición recocida se encuentra en un grupo que no tiene ningún límite ambiental, por lo que los ensayos se reservan para condiciones metalúrgicas inusuales y no para el suministro habitual.