12Cr1MoV frente a 10CrMo910: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Seleccionar la aleación adecuada para piezas a presión, tuberías o componentes de alta temperatura es un dilema frecuente para ingenieros, responsables de compras y planificadores de producción. Las decisiones suelen buscar un equilibrio entre la resistencia a la temperatura y la fluencia a largo plazo, y la soldabilidad, la facilidad de fabricación y el coste total del ciclo de vida. Tanto el 12Cr1MoV como el 10CrMo910 se especifican para servicio a altas temperaturas, pero están optimizados para diferentes combinaciones de resistencia, tenacidad y estabilidad a altas temperaturas.

La principal diferencia práctica entre ambos radica en su rendimiento relativo bajo altas temperaturas y tensiones sostenidas (es decir, la resistencia a la fluencia a largo plazo a temperaturas de caldera/vapor). Esta diferencia justifica su comparación habitual al diseñar colectores de vapor, recalentadores, sobrecalentadores y otros componentes en centrales eléctricas y de proceso.

1. Normas y designaciones

• 12Cr1MoV: Suele figurar en las normas nacionales para aceros de centrales eléctricas y tuberías destinados a servicio a altas temperaturas. Se clasifica como un acero ferrítico de baja a media aleación con elementos de microaleación añadidos para mejorar su resistencia a la fluencia y su resistencia mecánica.
• 10CrMo910: Aparece en las normas de tuberías para recipientes a presión y calderas para servicio a altas temperaturas; es un acero ferrítico aleado diseñado específicamente para mejorar la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia.

Las normas pertinentes que hacen referencia a estos materiales o a sus equivalentes cercanos incluyen códigos nacionales e internacionales como ASME/ASTM, EN, GB y JIS. Las designaciones exactas y los requisitos mecánicos para productos sin soldadura y soldados varían según la norma y la forma del producto (tubería, placa, forja), por lo que siempre se debe consultar la ficha técnica o el certificado del material.

Clasificación: Ambos son aceros aleados (ferríticos), no aceros inoxidables ni aceros para herramientas. Se utilizan comúnmente en aplicaciones de alta temperatura y presión, en lugar de en entornos resistentes a la corrosión.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	12Cr1MoV	10CrMo910
do	Bajo (controlado para limitar la martensita y mejorar la tenacidad)	Bajo (controlado para soldabilidad y tenacidad)
Minnesota	Moderado (desoxidación y fuerza)	Moderado (desoxidación y fuerza)
Si	De baja a moderada (desoxidación; afecta a la escala)	Bajo-moderado
PAG	Muy bajo (control de impurezas para mayor resistencia)	Muy bajo
S	Muy bajo (control de impurezas; maquinabilidad)	Muy bajo
Cr	Moderado (proporciona resistencia a la oxidación y a la fluencia)	Alto (elemento de aleación principal para alta resistencia a la temperatura y resistencia a la oxidación)
Ni	Normalmente bajo/trazas	Bajo/trazas
Mes	Moderado (mejora la resistencia a la fluencia y la estabilidad del carburo)	Moderado-alto (clave para la resistencia a la fluencia y la formación de carburos)
V	Baja (microaleación para el fortalecimiento por precipitación)	Baja-moderada (microaleación para resistencia a la fluencia)
Nb (Cb)	Puede estar presente en pequeñas cantidades (microaleación).	Puede estar presente en pequeñas cantidades.
Ti	Traza/micro (si se utiliza para la estabilización)	Trazas/micro
B	Normalmente no es significativo	Normalmente no es significativo
norte	Controlado (afecta a la precipitación y la intensidad)	Revisado

Explicación: - El 12Cr1MoV utiliza una combinación de cromo, molibdeno y vanadio como su principal estrategia de fortalecimiento: el Cr y el Mo aumentan la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la formación de incrustaciones; el V contribuye al fortalecimiento por precipitación y a la resistencia a la fluencia. La aleación 10CrMo910 se caracteriza por un mayor contenido de cromo y molibdeno para mejorar la resistencia a la fluencia, la resistencia a la oxidación y la estabilidad a largo plazo de los carburos a temperaturas de servicio elevadas. La microaleación (V, Nb) y el estricto control de impurezas e intersticiales (C, N) contribuyen a estabilizar la microestructura y retardar la fluencia.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: Ambos grados son aceros ferríticos que, tras un procesamiento térmico adecuado, presentan microestructuras de martensita revenida o bainíticas/ferrítico-perlíticas revenidas, dependiendo de su composición y tratamiento térmico. - 12Cr1MoV: Después de la normalización y el revenido o un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) apropiado, la estructura es generalmente martensita/ferrita revenida con carburos de aleación finos y precipitados ricos en vanadio que aumentan la resistencia a la fluencia. - 10CrMo910: Diseñado para mantener una microestructura martensítica/ferrítica templada estable a temperaturas de funcionamiento más altas; los carburos (M23C6, carburos ricos en Mo) y los precipitados de microaleación se controlan para maximizar las propiedades de ruptura por fluencia.

Rutas de tratamiento térmico: - Normalización y revenido: Ambos grados responden a la normalización para refinar el tamaño del grano, seguida del revenido para producir la combinación deseada de resistencia y tenacidad. - Temple y revenido: Se utilizan selectivamente dependiendo de la forma del producto y las propiedades mecánicas requeridas; sin embargo, muchos aceros de presión dependen de una normalización controlada en lugar de un temple severo para reducir la distorsión. - Procesamiento termomecánico: Un control preciso (laminado controlado + enfriamiento acelerado) puede refinar aún más el tamaño del grano y la distribución de precipitados, mejorando la tenacidad y la capacidad de fluencia; una técnica que se aprovecha con mayor frecuencia en las variantes premium de 10CrMo910.

PWHT: El tratamiento térmico posterior a la soldadura es fundamental para ambos grados de acero, ya que reduce los picos de dureza, restaura la tenacidad y estabiliza los precipitados. Los ciclos de tratamiento térmico posterior a la soldadura se seleccionan según la normativa y el espesor para evitar la fragilización por revenido o el sobrerevenido.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad	12Cr1MoV (cualitativo)	10CrMo910 (cualitativo)
Resistencia a la tracción	De moderada a alta a temperatura ambiente y a temperaturas ligeramente elevadas.	Alta retención a temperatura ambiente y retención superior a temperaturas más altas.
límite elástico	Moderado	De moderada a alta con mejor retención a temperatura
Alargamiento (ductilidad)	Buena ductilidad cuando se trata térmicamente de forma adecuada.	Buena ductilidad; puede ser ligeramente inferior si se optimiza para una alta resistencia a la fluencia.
Tenacidad al impacto	Bien, especialmente con tratamiento térmico controlado.	Es bueno, pero la composición y el tratamiento térmico orientados a la fluencia pueden sacrificar algo de tenacidad a bajas temperaturas en aras de una mayor estabilidad a altas temperaturas.
Dureza	Moderado (estado templado)	De moderado a alto (condición templada destinada a la resistencia a la fluencia)

Interpretación: El acero 10CrMo910 está diseñado para soportar tensiones más elevadas durante períodos más prolongados a temperaturas altas, por lo que su retención de resistencia y su comportamiento ante la fluencia suelen superar a los del acero 12Cr1MoV en el régimen de altas temperaturas. En condiciones ambientales, ambos grados pueden cumplir requisitos comparables de resistencia estática y tenacidad cuando se procesan según las normas. - El acero 12Cr1MoV suele ofrecer un equilibrio favorable entre tenacidad ambiental y facilidad de fabricación, lo que lo hace atractivo cuando la resistencia extrema a la fluencia a largo plazo no es el factor principal.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad dependen de los equivalentes de carbono y la microaleación. Dos índices empíricos de uso común son:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: Ambos aceros mantienen un bajo contenido de carbono para preservar la soldabilidad y la tenacidad. El mayor contenido de cromo y molibdeno en el acero 10CrMo910 aumenta la templabilidad y eleva el índice de soldabilidad en comparación con los aceros de menor aleación, lo que requiere un precalentamiento más cuidadoso, un control preciso de la temperatura entre pasadas y un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para evitar el agrietamiento en frío y el agrietamiento inducido por hidrógeno. - La aleación 12Cr1MoV, con un contenido de aleación de alta resistencia relativamente menor y un control deliberado de la microaleación, suele ser más fácil de soldar, aunque el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) sigue siendo obligatorio para las soldaduras que mantienen la presión. - Para ambos grados: siga los procedimientos de soldadura del código/estándar, controle el hidrógeno, aplique el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura adecuados y utilice metales de aporte especificados para la retención de la resistencia a la fluencia.

6. Corrosión y protección de superficies

• Se trata de aceros de aleación ferrítica, no de aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión en ambientes húmedos o corrosivos es limitada en comparación con los aceros inoxidables.
• Las estrategias de protección habituales incluyen pintura, recubrimientos de alta temperatura y proyección térmica. Para la exposición ambiental, se utilizan tratamientos superficiales convencionales (imprimación y pintura) o galvanizado (cuando sea posible). Para el servicio en presencia de vapor a alta temperatura, la resistencia a la oxidación interna se consigue mediante aleaciones de cromo y molibdeno, en lugar de recubrimientos superficiales.
• La fórmula PREN no es aplicable a estas aleaciones ferríticas no inoxidables y con bajo contenido de nitrógeno:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Nota: PREN es útil para clasificar aceros inoxidables; no lo aplique a aceros al carbono/aleados como 12Cr1MoV o 10CrMo910.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: Ambos grados se mecanizan de forma similar a otros aceros aleados cuando están normalizados/templados. Los parámetros de mecanizado deben tener en cuenta la mayor dureza de las distribuciones de precipitados en las aleaciones optimizadas para la resistencia a la fluencia.
• Conformabilidad: Ambos materiales pueden conformarse y doblarse a temperatura ambiente siempre que se utilicen los procesos adecuados; la conformabilidad disminuye con temperaturas de revenido más elevadas y con procesos de mayor resistencia.
• Acabado superficial y rectificado: Las microestructuras ricas en carburos en los aceros de alto Cr/Mo (variantes 10CrMo910) pueden ser más abrasivas para las herramientas; controle los parámetros de rectificado y corte en consecuencia.
• Nota de fabricación: las secciones más gruesas y las variantes de alta aleación requieren controles térmicos más estrictos para evitar zonas duras y garantizar la eficacia del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

8. Aplicaciones típicas

12Cr1MoV	10CrMo910
Calentadores de agua de alimentación, tuberías y accesorios en secciones de temperatura moderada a alta donde se requiere una excelente resistencia a las condiciones ambientales y una buena resistencia a largo plazo	Tubos de sobrecalentadores y recalentadores, tuberías de vapor y colectores en regiones de alta temperatura donde la resistencia a la fluencia a largo plazo es crítica
Componentes de calderas en sistemas con temperaturas de vapor moderadas y donde se prioriza la fabricación rentable.	Tuberías y componentes para centrales eléctricas de alta presión y alta temperatura donde se prioriza la vida útil a la fluencia y la resistencia a la oxidación.
Recipientes a presión y válvulas en plantas que operan a temperaturas elevadas, pero no a las temperaturas máximas de diseño.	Componentes en ciclos ultra-supercríticos o de vapor avanzado donde un mayor contenido de aleación mejora la vida útil

Justificación de la selección: - Utilice 10CrMo910 cuando la temperatura y la tensión de diseño, además de la vida útil requerida a la rotura por fluencia, impulsen los requisitos del material hacia mayores contenidos de Cr y Mo y un control más estricto de los precipitados. - Utilice 12Cr1MoV cuando las temperaturas de funcionamiento sean elevadas, pero dentro de un rango donde la microaleación optimizada proporcione una vida útil suficiente a un menor coste de material y con una fabricación más sencilla.

9. Costo y disponibilidad

• Costo: Los materiales con mayor contenido de Cr y Mo (10CrMo910) generalmente cuestan más por kilogramo que los grados de aleación más bajos (12Cr1MoV), debido a los precios de los elementos de aleación y los requisitos de procesamiento.
• Disponibilidad: Ambos grados suelen estar disponibles en formatos estándar (tuberías, placas, forjados) en regiones con una importante industria energética y petroquímica. La disponibilidad de formatos específicos y la certificación (tuberías de presión frente a tubos para calderas) depende de las acerías y distribuidores regionales.
• Consejo de compras: El costo total de instalación debe incluir los procedimientos de soldadura, los ciclos de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), la inspección y la vida útil esperada; un costo de adquisición más alto para el 10CrMo910 puede compensarse con intervalos de mantenimiento más largos y menos reemplazos.

10. Resumen y recomendación

Atributo	12Cr1MoV	10CrMo910
Soldabilidad	Bien (más fácil, pero requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura)	Buena pero más exigente (mayor templabilidad; precalentamiento/tratamiento térmico posterior a la soldadura estricto)
Resistencia-Tenacidad	Equilibrado; buena resistencia ambiental	Mayor resistencia a altas temperaturas y mejor retención de fluencia a largo plazo
Costo	Más bajo	Más alto

Conclusión y orientación: - Elija 12Cr1MoV si el diseño funciona a temperaturas elevadas, pero no en el extremo superior de las temperaturas de vapor/caldera, donde la vida útil por fluencia es el factor limitante; cuando la facilidad de fabricación, el menor costo del material y una buena tenacidad ambiental son prioridades, 12Cr1MoV suele ser apropiado. - Elija 10CrMo910 si la aplicación somete los componentes a temperaturas de vapor más altas, tensiones sostenidas más altas o requiere una vida útil prolongada frente a la rotura por fluencia y una mayor resistencia a la oxidación; invierta en procedimientos de soldadura y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) más rigurosos para aprovechar las ventajas del material.

Nota final: Consulte siempre la norma de materiales aplicable, el código de diseño del proyecto y los certificados de fábrica del proveedor para conocer los requisitos químicos y mecánicos exactos. Cuando la vida útil hasta la rotura o la vida útil a largo plazo frente a la fluencia sean críticas, solicite a los proveedores de materiales las curvas de rotura por fluencia, los datos de propiedades a largo plazo y los procedimientos recomendados de soldadura/tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), y realice una evaluación de vida útil a nivel de ingeniería en lugar de basarse únicamente en las denominaciones de los grados.