Tubo de acero inoxidable TP310HCbN (S31042 / HR3C)
25Cr-20Ni-Nb-N para sobrecalentadores y recalentadores de 650 °C en calderas USC
Qué añade el TP310HCbN al 310 convencional
El 310 (25Cr-20Ni) ya resolvía la oxidación a alta temperatura, pero su resistencia a la fluencia no bastaba para las calderas de vapor supercrítico. La solución fue bajar el carbono, añadir niobio y nitrógeno, y afinar el grano: el resultado es el TP310HCbN, que en el mercado japonés se conoce como HR3C.
El endurecimiento viene de dos familias de precipitados: nitruros de cromo-niobio (NbCrN) muy finos y carburos M23C6 en borde de grano. Ese conjunto duplica la resistencia a la fluencia del 310H a 650 °C y, sobre todo, mantiene la ductilidad después de miles de horas.
El contenido de cromo del 25 % es lo que da la resistencia a la oxidación por vapor, el mecanismo que limita la vida de los tubos de sobrecalentador: por encima de 600 °C el vapor arrastra la capa de óxido y adelgaza la pared.
Ojo con la nomenclatura: HR3C es la marca con la que Sumitomo comercializa el grado; la designación normalizada es TP310HCbN / UNS S31042. En un pedido conviene citar la norma ASME, no la marca.
Normas y designaciones del TP310HCbN
| Norma | Designación | País / Región |
|---|---|---|
| ASME | SA-213 TP310HCbN (Code Case 2115-1) | EE. UU. |
| ASTM / UNS | S31042 | EE. UU. |
| EN | 1.4952 / X6CrNiNbN25-20 (aproximado) | Europa |
| JIS | SUS310J1TB | Japón |
| GB | 07Cr25Ni21NbN (GB 5310) | China |
| Nombre comercial | HR3C | Japón |
El grado existe en ASME desde 2000 mediante Code Case 2115-1 y se incorporó a GB 5310 en 2008. La equivalencia EN 1.4952 es próxima pero no idéntica: para caldera hay que citar ASME.
Composición química del TP310HCbN (S31042)
| Elemento | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Nb | N | B |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % en masa | 0,04–0,10 | ≤0,75 | ≤2,00 | ≤0,030 | ≤0,015 | 24,0–26,0 | 17,0–23,0 | 0,20–0,60 | 0,15–0,35 | ≤0,010 |
El carbono se mantiene entre 0,04 y 0,10 % a propósito: es el que forma los M23C6 que anclan el borde de grano. Un carbono demasiado bajo empeora la fluencia; demasiado alto, la soldabilidad.
Propiedades mecánicas a temperatura ambiente
| Propiedad | Valor | Condición |
|---|---|---|
| Límite elástico Rp0,2 | ≥295 MPa | SA-213 |
| Resistencia a la tracción Rm | ≥655 MPa | SA-213 |
| Alargamiento A | ≥30 % | SA-213 |
| Dureza | ≤100 HRB | SA-213 |
| Tratamiento | Recocido de solución 1.150–1.200 °C | enfriamiento rápido |
El dato que decide el diseño no es la tabla ambiente sino la fluencia a 650 °C: el grado se especifica por su curva de rotura a 10⁵ horas, que es lo que permite reducir el espesor de pared frente al 310H.
TP310HCbN, 310Cb o 347H: cuándo usar cada uno
| Grado | Composición clave | Límite práctico | Uso |
|---|---|---|---|
| TP310HCbN (S31042) | 25-20 + Nb + N, grano fino | Caldera, fluencia a 650 °C | Sobrecalentador USC |
| 310Cb (S31040) | 25-20 + Nb, grano grueso | Chapa y barra de uso general | Hornos, no caldera |
| 347H (S34709) | 18-10 + Nb, C 0,04-0,10 | Hasta 620 °C, menor resistencia al vapor | Caldera convencional |
El TP310HCbN y el 310Cb comparten la base 25-20 con niobio, pero no son intercambiables: el primero está fabricado y certificado como tubo de caldera, con control de grano y ensayos de fluencia; el segundo es una chapa o barra de uso general.
Frente al 347H, la diferencia es de techo de temperatura. El 347H es el caballo de batalla hasta 620 °C; por encima, la oxidación por vapor obliga a subir el cromo al 25 %.
Si el comprador pide «HR3C» sin norma, conviene responder con la designación ASME y el certificado. Es la única forma de que el tubo sea aceptado en la revisión de caldera.
Aplicaciones del TP310HCbN
Última etapa de sobrecalentador en calderas supercríticas y USC.
Haces que trabajan con vapor a 620–650 °C.
Líneas de pequeño diámetro con requisito de fluencia.
Vainas y tubos protectores en hornos y calderas.
Formas de suministro y rangos dimensionales
| Forma | Rango | Longitud / presentación | Norma |
|---|---|---|---|
| Tubo sin soldadura (caldera) | Ø10–114 mm | 6.000 mm o fijo | ASME SA-213 |
| Tubo sin soldadura (general) | Ø6–530 mm | 6.000 mm | ASTM A213 |
| Chapa | 3–60 mm | 2.000 × 6.000 mm | ASTM A240 |
| Barra | Ø10–250 mm | 3.000–6.000 mm | ASTM A276 |
Condiciones de suministro
| Concepto | Detalle |
|---|---|
| Estado de entrega | Recocido de solución, superficie decapada |
| Certificado | EN 10204 3.1 según ASME SA-213, con colada declarada |
| Ensayos de rutina | Análisis químico, tracción, aplanado, dureza |
| Ensayos bajo pedido | Hidrostático, corrientes de Foucault, ultrasonido, fluencia |
| Plazo | 20–30 días para medidas de producción |
| Embalaje | Atado hexagonal con tapones y etiqueta por colada |
Errores frecuentes y modos de fallo
1. Sustituirlo por 310S por parecer «el mismo acero». El 310S no tiene niobio ni nitrógeno y su fluencia a 650 °C está muy por debajo. La pared calculada con la curva del TP310HCbN se quedará corta.
2. Comprar 310Cb creyendo que es equivalente. Comparten base química pero no certificación: el 310Cb no está aprobado como tubo de caldera ni lleva control de grano.
3. Soldar con aporte de 310S. Se pierde el niobio en la unión y la zona afectada baja su resistencia a la fluencia. Se usa aporte matching (tipo 310HCbN) o el indicado por el fabricante de la caldera.
4. Ignorar el envejecimiento por fase sigma. Entre 600 y 900 °C el grado precipita sigma y pierde tenacidad. Es normal; se gestiona con el régimen de arranques y con la vida útil diseñada.
El fallo típico en servicio no es la rotura: es el adelgazamiento por oxidación de vapor en el lado del humo, que se detecta con mediciones periódicas de pared.
Preguntas frecuentes sobre el TP310HCbN
¿HR3C es una norma?
No. HR3C es la marca comercial con la que Sumitomo comercializa el grado. La designación normalizada es TP310HCbN, UNS S31042, recogida en ASME SA-213 mediante Code Case 2115-1. En un pedido de caldera hay que citar la norma, no la marca.
¿Cuál es la diferencia con el 310Cb?
Comparten la base 25Cr-20Ni con niobio, pero el TP310HCbN se fabrica como tubo de caldera con control de tamaño de grano y ensayos de fluencia, y el 310Cb es una chapa o barra de uso general. No son intercambiables en un sobrecalentador.
¿Hasta qué temperatura de vapor se usa?
Su nicho es 620–650 °C, en la última etapa de sobrecalentador y recalentador de calderas USC. Por encima de 700 °C se pasa a aleaciones de níquel como el 617 o el 740.
¿Con qué material de aporte se suelda?
Con aporte matching del mismo grado o el especificado por el fabricante de la caldera. No se debe usar 310S: se pierde el niobio en la unión y baja la resistencia a la fluencia de la zona afectada.
¿Qué diámetros y plazo?
Tubo de caldera de Ø10 a 114 mm con espesor de 1 a 15 mm, y tubo general de Ø6 a 530 mm. Plazo habitual de 20 a 30 días con certificado 3.1 según ASME SA-213.
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