Aleación de níquel UNS N08120
El UNS N08120 (Alloy HR-120, 1.4898) es una aleación de níquel-hierro-cromo con wolframio y niobio. Su contenido de hierro, en torno al 33 %, abarata el material frente a las aleaciones íntegramente de níquel sin renunciar a un comportamiento excelente en medios oxidantes y carburantes hasta los 1100 °C. Los ingenieros lo eligen para servicios continuos a alta temperatura en hornos, tubos de craqueo térmico e incineradoras cuando los aceros inoxidables austeníticos resultan insuficientes y el Inconel 617/601 demasiado caro. Se suministra a todo el mundo en forma de tubos sin costura conformes a ASTM B622.
1. Composición química
La composición química del N08120 se ajusta a la norma ASTM B622. Todos los valores se expresan en porcentaje en peso (% en masa).
| Material | Carbono (C) | Manganeso (Mn) | Fósforo (P) | Azufre (S) | Silicio (Si) | Cromo (Cr) | Níquel (Ni) | Hierro (Fe) | Molibdeno (Mo) | Wolframio (W) | Niobio (Nb) | Aluminio (Al) | Cobalto (Co) | Boro (B) | Nitrógeno (N) |
| N08120 | 0.05 máx. | 1.00 máx. | 0.030 máx. | 0.010 máx. | 1.00 máx. | 23.0 -- 27.0 | 35.0 -- 39.0 | Resto (aprox. 33 %) | 2.50 máx. | 2.50 máx. | 0.10 -- 0.60 | 0.10 -- 0.50 | 3.00 máx. | 0.003 máx. | 0.10 -- 0.20 |
Los rasgos distintivos de esta aleación son su elevado contenido de cromo (25 % nominal), el empleo de hierro en lugar del costoso níquel como elemento de equilibrio y la adición de wolframio y niobio para estabilizar la matriz a alta temperatura y resistir la fluencia.
2. Propiedades mecánicas
La tabla siguiente recoge las propiedades mecánicas mínimas de los tubos sin costura de N08120 en estado recocido conforme a ASTM B622.
| Propiedad | Condición | Resistencia a la tracción (valor mínimo) | Límite elástico al 0.2 % de desviación (valor mínimo) | Alargamiento en 50 mm (valor mínimo) | Dureza (valor máximo) | PREN (valor calculado) | Rango de temperatura de servicio | Dureza |
| Valor | Recocido de disolución + temple | 650 MPa / 94 ksi | 295 MPa / 43 ksi | 35% | 223 HBW | ~46 | -196 °C a +300 °C (de criogénico a temperatura moderadamente alta) | HBW ≤ 200 HRB ≤ 90 |
3. Grados aproximados
La tabla siguiente confronta el UNS N08120 con las principales normas internacionales y nombres comerciales.
| Material | Número UNS | Norma GB | Norma DIN | Norma EN |
| Aleación de níquel UNS N08120 | N08120 | H08120 / NS1502 | 1.4898 | NiFe33Cr25Co |
4. Principales ventajas técnicas
El N08120 reúne varias características técnicas que lo distinguen de los grados refractarios más económicos y justifican su empleo en aplicaciones térmicas exigentes.
- Resistencia a la oxidación a alta temperatura hasta 1100 °C: con un 25 % de cromo, el N08120 forma una capa densa de Cr2O3 que frena la oxidación y supera al acero inoxidable 310S, con una pérdida de metal aproximadamente un 40-50 % menor en los ensayos cíclicos a 1093 °C.
- Resistencia a la fluencia gracias a las adiciones de wolframio y niobio: el wolframio y el niobio refuerzan la aleación a alta temperatura estabilizando los límites de grano y las dislocaciones, y le proporcionan a igual tensión una resistencia a la fluencia próxima a la del Incoloy 800HT, pero con un menor coste de níquel.
- Resistencia a la carburación y a la sulfuración: en condiciones de craqueo y pirólisis con alto contenido de carbono, el aluminio y el cromo del N08120 forman una capa de óxido protectora que limita la penetración del carbono y reduce el ataque por gases azufrados frente a las aleaciones sin aluminio y de menor contenido de cromo.
- Coste inferior al del Inconel 601 y 617: con un contenido de hierro en torno al 33 %, el N08120 resulta bastante más económico que el Inconel 601 y el 617 y permite ahorros considerables en los grandes proyectos de tuberías de alta temperatura, sin merma apreciable de prestaciones por debajo de 1100 °C.
- Buena soldabilidad y conformabilidad: el N08120 se suelda con facilidad empleando metal de aporte de composición equivalente y sin precalentamiento. Un recocido por disolución posterior a la soldadura restablece toda su resistencia. Admite conformado en caliente o en frío en trenes de laminación de tubos estándar, con plazos de entrega previsibles.
5. Normas de fabricación generales
Los tubos sin costura de N08120 se fabrican e inspeccionan conforme a las normas siguientes.
- ASTM B622: tuberías y tubos sin costura de níquel y de aleaciones de níquel-cobalto -- norma de producto principal
- ASME SB-622: equivalente ASME de la ASTM B622 para el cumplimiento de los códigos de recipientes a presión y tuberías
- ASTM B829: requisitos generales para tuberías y tubos sin costura de níquel y aleaciones de níquel
- ASTM E8/E8M: ensayo de tracción de materiales metálicos
- ASTM E112: determinación del tamaño de grano de las aleaciones de níquel forjadas
- EN 10216-5: tubos de acero sin costura para servicio a presión -- acero inoxidable y aleaciones de níquel (norma europea)
- NACE MR0175 / ISO 15156: requisitos de resistencia al agrietamiento bajo tensión por sulfuros en medios de servicio amargo
6. Principales aplicaciones
Los tubos sin costura de N08120 se emplean en los servicios siguientes.
- Serpentines de radiación de hornos de craqueo de etileno petroquímicos: tubos de horno de las plantas de craqueo con vapor, que operan de forma continua por encima de 900 °C y deben resistir a la vez la oxidación y la carburación por los gases de la carga de hidrocarburos.
- Tubos radiantes y retortas de hornos industriales de fuego directo: hornos de tratamiento térmico y de recocido de las plantas siderúrgicas y de metales no férreos, donde la temperatura del metal de pared supera los 1000 °C en atmósfera oxidante.
- Tubos de sobrecalentador de incineradoras de residuos urbanos y peligrosos: tramos de alta temperatura de las calderas de valorización energética, cuyos gases de combustión contienen azufre, cloruros y compuestos de metales pesados que atacan a los grados de acero inoxidable convencionales.
- Componentes de líneas de transferencia de hornos de reformado y de gas de síntesis: colectores de salida y tuberías de conexión de los reformadores primarios y secundarios de las plantas de amoníaco y de metanol, cuyas temperaturas de proceso se sitúan entre 850 °C y 1050 °C en condiciones reductoras.
- Tubos de precalentador de aire de combustión a alta temperatura para generación eléctrica: sistemas de recuperación de calor de las centrales de ciclo combinado con turbina de gas, cuyas temperaturas de salida del precalentador se aproximan al límite de los tubos de acero inoxidable austenítico estándar.
