Acero inoxidable SUS304H: guía de grados de alta-temperatura

¿Qué es el acero inoxidable SUS304H?

SUS304H es la designación del estándar industrial japonés para la variante con alto contenido de carbono-del acero inoxidable austenítico de grado 304, con un rango de carbono controlado de 0,04 a 0,10 por ciento. El sufijo H indica que el grado está destinado a servicios de alta-temperatura: el elevado contenido de carbono proporciona resistencia a la fluencia a través de una solución sólida-y fortalecimiento de carburo, que el estándar SUS304 con su 0,08 por ciento máximo de carbono no garantiza a temperaturas elevadas.

Las designaciones equivalentes son UNS S30409 y TP304H según ASTM A240, A312 y A213. El grado está cubierto por JIS G4303 para barras de acero inoxidable y JIS G4304 para placas de acero inoxidable laminadas en caliente-. EN 10088-2 no incluye un equivalente directo de 304H; Los proyectos europeos comúnmente cruzan-la química X6CrNi18-11 para aplicaciones de tubos de alta temperatura, con el rango de carbono especificado según ASTM TP304H.

Composición química de SUS304H

La siguiente tabla compara los requisitos de análisis de calor-de JIS G4303/G4304 para SUS304H con ASTM A240 para UNS S30409.

Elemento	SUS304H, JIS G4303/G4304, % en peso	ASTM A240 304H, % en peso
Carbono, C	0.04 - 0.10	0.04 - 0.10
Silicio, Si	1,00 máximo	0,75 máx.
Manganeso	2.00 máximo	2.00 máximo
Fósforo, P	0,045 máx.	0,045 máx.
Azufre, S	0,030 máx.	0,030 máx.
Cromo, Cr	18.00 - 20.00	18.0 - 20.0
Níquel	8.00 - 10.50	8.0 - 10.5
Hierro, Fe	Balance	Balance

Propiedades mecánicas

En la solución-recocida, SUS304H deberá cumplir con los siguientes-requisitos de temperatura ambiente según JIS G4303 y G4304. Los valores ASTM A240 para 304H son equivalentes dentro del redondeo.

Propiedad	JIS G4303/G4304 SUS304H	ASTM A240 304H
Resistencia a la tracción	520 MPa mín.	515 MPa mín.
Fuerza de producción, 0,2 % compensada	205 MPa mín.	205 MPa mín.
Alargamiento	40 % mín.	40 % mín.

Debido al mayor contenido de carbono, SUS304H no debe usarse a temperaturas criogénicas; Los grados de bajo-carbono SUS304L son la opción correcta cuando el requisito fundamental es la tenacidad a baja-temperatura.

Comportamiento de temperatura alta-

El valor de SUS304H aparece solo por encima de aproximadamente 500 grados, donde el estándar 304 se desliza demasiado rápido bajo carga sostenida:

Resistencia a la fluencia: los átomos de carbono fijan los límites de los granos y aumentan lentamente las dislocaciones, por lo que la calidad mantiene la estabilidad dimensional bajo carga constante en el rango de 500 a 800 grados.

Resistencia a la oxidación: la incrustación de óxido rico en cromo-protege la superficie en aire y vapor hasta aproximadamente 870 grados en servicio continuo. Es posible una exposición breve-a aproximadamente 925 grados, pero acorta la vida útil.

Límites de diseño: los códigos de diseño de presión, como ASME Sección VIII y B31.3, limitan las tensiones de diseño para 304H a aproximadamente 816 grados. Por encima de los 900 grados, la estructura de austenita se vuelve inestable y la resistencia cae bruscamente, por lo que se deben seleccionar grados de aleación-más altos, como el 310S.

Precaución con la fase sigma-: el servicio prolongado en el rango de 600 a 900 grados puede promover la formación de la fase sigma-, lo que reduce la ductilidad; La vida útil de diseño y los intervalos de inspección deben tener en cuenta esto.

Soldadura y Fabricación

Metal de aportación: ER308H según AWS A5.9 coincide con el nivel de carbono del metal base y se prefiere para diseños de alta-temperatura. El ER308L con bajo contenido de carbono reduce la resistencia a la fluencia de la soldadura.

Aporte de calor: el aporte de calor moderado con temperatura entre pasadas controlada limita la precipitación de carburo en la zona-afectada por el calor.

Tratamiento térmico: el grado se utiliza en estado recocido en solución-, de 1010 a 1120 grados, seguido de un enfriamiento rápido. Por lo general, no se requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura para el servicio a alta temperatura-.

Inspección: para las piezas de calderas y presión, el código vigente normalmente exige pruebas no-destructivas para confirmar la solidez de la soldadura.

Comparación de SUS304H con grados relacionados

Calificación	Lo mejor para	Limitación
SUS304	Temperatura ambiente-general y servicio suave	No se garantiza resistencia a la fluencia por encima de 500 grados
SUS304H	Aire y vapor a alta temperatura-, piezas cargadas-de fluencia	Mala tenacidad a bajas temperaturas-, riesgo de sensibilización al soldar
SUS316H	Alta temperatura más corrosión por cloruro o azufre	Costo de aleación más alto que el 304H
SUS310S	Por encima de 900 grados, servicio fuertemente oxidante	El coste más alto de los cuatro: la sensibilidad a la fatiga-térmica

Aplicaciones típicas

Tubos de sobrecalentador y recalentador de caldera.

Tuberías y colectores de proceso de alta-temperatura

Piezas de hornos, tubos radiantes y accesorios de tratamiento-térmico

Tubos intercambiadores de calor-en plantas de energía y de proceso

Partes internas de reactores químicos en servicio no-corrosivo a alta-temperatura

Preguntas frecuentes

P1. ¿Por qué SUS304H es adecuado para aplicaciones de alta-temperatura?
El rango de carbono controlado de 0,04 a 0,10 por ciento proporciona resistencia a la fluencia a través de solución sólida-y fortalecimiento de carburo. Entre 500 y 800 grados, el SUS304 estándar se arrastra bajo carga sostenida mientras que el SUS304H mantiene su forma y la incrustación de óxido de cromo resiste la oxidación en el aire y el vapor.

P2. ¿Es EN 1.4307 equivalente a SUS304H?
No. EN 1.4307 (X2CrNi18-9) es la designación europea para 304L, el grado bajo-de carbono con un máximo de 0,030 por ciento de carbono. SUS304H es el grado con alto contenido de carbono; EN 10088-2 no tiene una lista directa de 304H, por lo que normalmente se especifica ASTM TP304H para esta química en proyectos europeos.

P3. ¿Cuál es la temperatura máxima de funcionamiento de SUS304H?
El servicio continuo es práctico hasta aproximadamente 870 grados en aire y vapor, con una exposición breve-a aproximadamente 925 grados posible a costa de una vida útil reducida. Los códigos de diseño de presión limitan las tensiones de diseño a aproximadamente 816 grados, y por encima de 900 grados se requieren grados de aleación-más altos, como el 310S.

P4. ¿Cómo se evitan problemas al soldar SUS304H?
Utilice el relleno ER308H para igualar el nivel de carbón, controlar la entrada de calor y la temperatura entre pasadas y evitar el recalentamiento innecesario de varias pasadas. El recocido con solución posterior a la soldadura a 1010 a 1120 grados con enfriamiento rápido restaura la resistencia a la corrosión si es necesario.

P5. ¿Se puede utilizar SUS304H a baja temperatura?
No se recomienda. El mayor contenido de carbono reduce la tenacidad a baja-temperatura y, por debajo de aproximadamente -40 grados, la calidad puede volverse quebradiza ante el impacto. SUS304L es la elección correcta para el servicio criogénico.

P6. ¿Cuál es la diferencia entre SUS304H y SUS316H?
SUS316H agrega entre un 2 y un 3 por ciento de molibdeno, lo que brinda una resistencia mucho mejor al ataque de cloruro y azufre en ambientes corrosivos de alta-temperatura, a un costo de aleación más alto. SUS304H es la opción-rentable para atmósferas calientes y no-agresivas, como aire y vapor.