Acero inoxidable 321H
El acero inoxidable 321H (UNS S32109) es la variante de alto carbono del 321 estabilizado al titanio, con un contenido de carbono acotado entre el 0.04 % y el 0.10 %. Ese carbono favorece una estructura de grano austenítico más grueso, que maximiza la resistencia a la rotura por fluencia en los servicios a presión prolongados por encima de 550 °C.
1. Composición química
La tabla siguiente recoge los intervalos de composición del 321H. El límite inferior de carbono, más alto, y el requisito de titanio son precisamente lo que lo diferencia del 321 estándar en el diseño a alta temperatura.
| Grado | Carbono (C) | Manganeso (Mn) | Fósforo (P) | Azufre (S) | Silicio (Si) | Cromo (Cr) | Níquel (Ni) | Molibdeno (Mo) | Otros |
| TP321H | 0.04-0.10 | ≤ 2.00 | ≤ 0.045 | ≤ 0.030 | ≤ 1.00 | 17.00-19.00 | 9.00-12.00 | — | Ti: 4x(C+N)-0.70 |
Nota: el límite inferior de carbono del 0.04 % es el rasgo determinante de los grados H y garantiza que, tras el recocido por disolución conforme a ASTM A213/A312, el tamaño de grano no sea más fino que el nivel ASTM 7.
2. Propiedades mecánicas
Los requisitos mínimos de propiedades mecánicas siguientes corresponden al 321H en estado recocido y reflejan su uso previsto en recipientes a presión y calderas de alta temperatura.
| Grado | Condición | Resistencia a la tracción mínima, MPa (ksi) | Límite elástico mínimo, MPa (ksi) | Alargamiento mínimo, % | Temperatura de tratamiento térmico | Dureza |
| TP321 | Recocido | 515 (75) | 205 (30) | 35 | 1040 °C (1900 °F) mínimo | HBW ≤ 201 HRB≤ 92 |
Nota: en las tablas de la Sección II, Parte D del código ASME, el 321H tiene a alta temperatura tensiones admisibles superiores a las del 321 estándar, gracias a su grano más grueso y a su mejor resistencia a la fluencia.
3. Grados aproximados
Esta tabla ofrece la correspondencia internacional de grados del 321H y facilita la verificación de sustituciones de material y la coherencia normativa entre las normas ASTM, europeas, japonesas, chinas y rusas.
| Grado | Número UNS | Norma GB | Norma JIS | Norma ISO | Norma DIN/EN | Norma GOST | |
| Grado antiguo | Grado nuevo | ||||||
| 321H | S32109 | S32169 | 07Cr19Ni11Ti | SUS321HTP | X8CrNiTi18-10 | 1.4878 | 12X18H10T |
*El DIN 1.4878 cubre este grado; la variante H se define específicamente en el sistema de designación ASTM/ASME, con requisitos obligatorios de tamaño de grano.
4. Principales ventajas técnicas
- Mejor resistencia a la fluencia y a la rotura por tensión: un contenido mínimo de carbono del 0.04 % genera tras el recocido por disolución una austenita de grano grueso (tamaño de grano ASTM 7 o más grueso). En los escenarios de diseño limitados por fluencia por encima de 550 °C, esa estructura supera claramente al 321 de grano fino.
- Conformidad con los códigos ASME de diseño a alta temperatura: el 321H está reconocido en la Sección I y en la Sección VIII División 1 del código ASME, con tensiones admisibles a alta temperatura superiores a las del 321. Es la elección preferente en las especificaciones de tubos de sobrecalentador y de recalentador de caldera.
- Conserva la estabilización con titanio: pese a su mayor contenido de carbono, la adición de titanio (mínimo 4 × (C+N)) mantiene la resistencia a la sensibilización intergranular durante la soldadura, mientras que el grano más grueso sustenta el comportamiento a fluencia a largo plazo.
- Nota técnica: al pedir 321H conviene especificar el requisito de tamaño de grano ASTM (nivel 7 o más grueso) y exigir un certificado de calidad que confirme la temperatura de recocido por disolución (habitualmente 1038 °C como mínimo). El material que no cumpla el criterio de tamaño de grano no satisface los requisitos de tensiones admisibles a alta temperatura de los códigos de diseño ASME.
5. Normas de fabricación generales
- ASTM A213: especificación estándar para tubos sin costura de acero aleado ferrítico y austenítico para calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor — grado TP321H con requisito de tamaño de grano.
- ASTM A312: especificación estándar para tuberías de acero inoxidable austenítico sin costura, soldadas y muy trabajadas en frío — cubre el grado TP321H.
- ASTM A269: especificación estándar para tubos de acero inoxidable austenítico sin costura y soldados para servicio general — aplicable al grado 321H. Atención: la ASTM A269 cubre los tubos para servicio general y puede aplicarse cuando se especifica la composición del 321H, pero no exige el cumplimiento de las tensiones admisibles ASME a alta temperatura.
- ASTM A249: especificación estándar para tubos soldados de acero austenítico para calderas, sobrecalentadores, intercambiadores de calor y condensadores — el TP321H es apto para servicio a alta temperatura.
- DIN EN 10216-5: tubos de acero sin costura para servicio a presión — acero inoxidable (composición base 1.4541; los requisitos del grado H se rigen por ASTM/ASME).
- JIS G3463: tubos de caldera e intercambiador de calor de acero inoxidable — grado SUS321HTB.
- GB/T 13296: tubos sin costura de acero inoxidable para calderas e intercambiadores de calor — grado 06Cr18Ni11Ti.
- GOST 9940 / 9941: tubos de acero inoxidable sin costura — con el grado equivalente 08X18H10T.
Tabla comparativa de normas de fabricación:
| Norma | Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM) | EN/DIN | JIS | GB/T | GOST |
| Tubos de caldera sin costura | A213 TP321H | EN 10216-5 (1.4541) | G3463 SUS321HTB | GB/T 13296 | GOST 9941 |
| Tubos sin costura | A312 TP321H | EN 10216-5 (1.4541) | G3459 SUS321H | GB/T 14976 | GOST 9940 |
| Tubos de caldera soldados | A249 TP321H | EN 10217-7 (1.4541) | G3463 SUS321H | GB/T 12771 | — |
6. Principales aplicaciones
- Tubos de sobrecalentador y de recalentador de caldera: calderas de generación eléctrica con temperaturas de vapor superiores a 550 °C, donde la vida a rotura por fluencia es el factor limitante del diseño y hay que maximizar las tensiones admisibles ASME.
- Hornos de reformado petroquímicos: tubos de la sección de radiación de los hornos de reformado catalítico y de reformado con vapor, sometidos a operación continua a alta temperatura con ciclos térmicos intermitentes.
- Unidades de craqueo térmico: líneas de transferencia de los hornos de craqueo de etileno, donde la exposición prolongada supera el intervalo de sensibilización y la estabilización con titanio protege del ataque a las zonas soldadas.
- Componentes de hornos industriales: tubos radiantes, muflas y retortas de los hornos de tratamiento térmico que operan de forma continua entre 700 y 900 °C.
- Tubos estructurales aeroespaciales: aplicaciones estructurales a alta temperatura de las góndolas de motor y de los sistemas de escape de aeronaves, donde coinciden las cargas de fluencia prolongadas y las atmósferas oxidantes.
