Acero S135: Propiedades y aplicaciones clave en tuberías de perforación
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El acero S135, clasificado como acero de aleación de medio carbono, se utiliza principalmente en la fabricación de tuberías de perforación para la industria del petróleo y el gas. Este grado de acero se caracteriza por su alta resistencia y tenacidad, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes en entornos hostiles. Los principales elementos de aleación del acero S135 incluyen carbono, manganeso y cromo, que contribuyen a sus propiedades mecánicas y rendimiento general.
Descripción general completa
El acero S135 está diseñado específicamente para su uso en tuberías de perforación, donde debe soportar altos niveles de tensión y fatiga durante las operaciones de perforación. Su contenido medio de carbono proporciona un equilibrio entre resistencia y ductilidad, lo que permite que el acero soporte las cargas dinámicas propias de las aplicaciones de perforación. La adición de manganeso mejora la templabilidad y la resistencia al desgaste, mientras que el cromo contribuye a la resistencia a la corrosión y a la tenacidad general.
Ventajas del acero S135:
- Alta resistencia: el acero S135 exhibe una excelente resistencia a la tracción y al rendimiento, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de perforación profunda.
- Buena tenacidad: La tenacidad del acero asegura que pueda absorber energía y resistir la fractura bajo cargas de impacto.
- Resistencia a la corrosión: Los elementos de aleación proporcionan un grado de resistencia a entornos corrosivos, lo cual es fundamental en aplicaciones de petróleo y gas.
Limitaciones del acero S135:
- Costo: Comparado con aceros de menor calidad, el S135 puede ser más costoso debido a sus elementos de aleación y requisitos de procesamiento.
- Soldabilidad: si bien el S135 se puede soldar, es necesario tener en cuenta cuidadosamente los tratamientos térmicos previos y posteriores a la soldadura para evitar el agrietamiento.
Históricamente, el acero S135 ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de las tecnologías de perforación, proporcionando la resistencia y durabilidad necesarias para las operaciones de perforación modernas. Su posición en el mercado está consolidada, especialmente en regiones con una amplia actividad de exploración de petróleo y gas.
Nombres alternativos, estándares y equivalentes
Organización estándar | Designación/Grado | País/Región de origen | Notas/Observaciones |
---|---|---|---|
UNS | S13500 | EE.UU | Equivalente más cercano a API 5DP |
API | 135 | EE.UU | Norma para tuberías de perforación |
ASTM | A53 | EE.UU | Propiedades similares, pero no específicas para aplicaciones de tuberías de perforación |
ES | 10225 | Europa | Pequeñas diferencias de composición |
JIS | G3444 | Japón | Aplicaciones similares en uso estructural |
La tabla anterior destaca las diversas normas y equivalencias del acero S135. Si bien algunos grados pueden parecer similares, sutiles diferencias en la composición pueden afectar el rendimiento, especialmente en aplicaciones de alta tensión como la perforación. Por ejemplo, mientras que API 5DP es un estándar para tuberías de perforación, el S13500 está específicamente diseñado para mejorar sus propiedades mecánicas.
Propiedades clave
Composición química
Elemento (Símbolo) | Rango porcentual (%) |
---|---|
Carbono (C) | 0,28 - 0,34 |
Manganeso (Mn) | 0,60 - 0,90 |
Cromo (Cr) | 0,20 - 0,40 |
Fósforo (P) | ≤ 0,025 |
Azufre (S) | ≤ 0,025 |
Los elementos de aleación primarios del acero S135 desempeñan un papel crucial:
- Carbono: Aumenta la dureza y la resistencia pero puede reducir la ductilidad si es demasiado alta.
- Manganeso: mejora la templabilidad y la resistencia al desgaste, fundamental para aplicaciones en tuberías de perforación.
- Cromo: Mejora la resistencia a la corrosión y la tenacidad general, esencial para la durabilidad en entornos hostiles.
Propiedades mecánicas
Propiedad | Condición/Temperamento | Valor/rango típico (métrico) | Valor/rango típico (imperial) | Norma de referencia para el método de prueba |
---|---|---|---|---|
Resistencia a la tracción | Templado y revenido | 620 - 700 MPa | 90 - 102 ksi | ASTM E8 |
Límite elástico (0,2 % de compensación) | Templado y revenido | 450 - 550 MPa | 65 - 80 ksi | ASTM E8 |
Alargamiento | Templado y revenido | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
Dureza (Rockwell) | Templado y revenido | 28 - 34 HRC | 28 - 34 HRC | ASTM E18 |
Resistencia al impacto | - | 40 J a -20 °C | 29,5 ft-lbf a -4 °F | ASTM E23 |
Las propiedades mecánicas del acero S135 lo hacen especialmente adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad. La combinación de alto límite elástico y de tracción le permite soportar cargas mecánicas significativas, mientras que la elongación y la resistencia al impacto garantizan que pueda absorber energía sin fracturarse.
Propiedades físicas
Propiedad | Condición/Temperatura | Valor (métrico) | Valor (Imperial) |
---|---|---|---|
Densidad | - | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/pulgada³ |
Punto de fusión | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
Conductividad térmica | 20°C | 50 W/m·K | 34,5 BTU·pulgada/h·pie²·°F |
Capacidad calorífica específica | 20°C | 0,46 kJ/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
Propiedades físicas clave, como la densidad y la conductividad térmica, son importantes para aplicaciones que involucran transferencia de calor e integridad estructural. La densidad del acero S135 indica su robustez, mientras que su conductividad térmica sugiere una capacidad moderada de transferencia de calor, lo cual puede ser crucial en operaciones de perforación donde el control de la temperatura es esencial.
Resistencia a la corrosión
Agente corrosivo | Concentración (%) | Temperatura (°C/°F) | Clasificación de resistencia | Notas |
---|---|---|---|---|
cloruros | 3-5 | 25 °C/77 °F | Justo | Riesgo de corrosión por picaduras |
Ácido sulfúrico | 10 | 20°C/68°F | Pobre | No recomendado |
Atmosférico | - | Varía | Bien | Resistencia moderada |
El acero S135 presenta una resistencia aceptable a los cloruros, lo cual es crucial en entornos de perforación offshore. Sin embargo, su rendimiento en condiciones ácidas es deficiente, por lo que se debe considerar cuidadosamente su uso en dichos entornos. En comparación con otros grados como el API 5L X65, que ofrece mayor resistencia a la corrosión, el acero S135 puede requerir medidas de protección adicionales en entornos altamente corrosivos.
Resistencia al calor
Propiedad/Límite | Temperatura (°C) | Temperatura (°F) | Observaciones |
---|---|---|---|
Temperatura máxima de servicio continuo | 400°C | 752°F | Adecuado para calor moderado. |
Temperatura máxima de servicio intermitente | 500°C | 932°F | Sólo exposición a corto plazo |
Temperatura de escala | 600°C | 1112°F | Riesgo de oxidación a altas temperaturas |
El acero S135 mantiene sus propiedades mecánicas hasta temperaturas moderadas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde el calor es un factor importante. Sin embargo, a temperaturas superiores a 400 °C, aumenta el riesgo de oxidación e incrustaciones, lo que puede comprometer la integridad del material.
Propiedades de fabricación
Soldabilidad
Proceso de soldadura | Metal de relleno recomendado (clasificación AWS) | Gas/fundente de protección típico | Notas |
---|---|---|---|
SMAW | E7018 | Argón + CO2 | Se recomienda precalentar |
GMAW | ER70S-6 | Argón | Se necesita tratamiento térmico posterior a la soldadura |
El acero S135 puede soldarse mediante diversos métodos, pero requiere un cuidadoso tratamiento térmico antes y después de la soldadura para evitar el agrietamiento. Se recomienda el uso de metales de aportación con bajo contenido de hidrógeno para mantener la integridad de la soldadura.
Maquinabilidad
Parámetros de mecanizado | Acero S135 | AISI 1212 | Notas/Consejos |
---|---|---|---|
Índice de maquinabilidad relativa | 60% | 100% | El S135 es más difícil de mecanizar |
Velocidad de corte típica | 30 metros por minuto | 50 metros por minuto | Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados. |
La maquinabilidad del acero S135 es moderada, lo que requiere herramientas y velocidades de corte adecuadas para obtener resultados óptimos. El mayor contenido de carbono puede provocar un mayor desgaste de la herramienta, lo que requiere el uso de herramientas de corte de alta calidad.
Formabilidad
El acero S135 presenta una conformabilidad moderada, ideal para procesos de conformado en frío y en caliente. Sin embargo, debido a su contenido medio de carbono, puede experimentar endurecimiento por acritud durante el conformado en frío, lo que puede limitar el grado de deformación sin agrietarse. Se deben respetar los radios de curvatura recomendados para garantizar que el material no exceda sus límites durante las operaciones de conformado.
Tratamiento térmico
Proceso de tratamiento | Rango de temperatura (°C/°F) | Tiempo típico de remojo | Método de enfriamiento | Propósito principal / Resultado esperado |
---|---|---|---|---|
Recocido | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2 horas | Aire | Mejorar la ductilidad y reducir la dureza. |
Temple | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 30 minutos | Aceite | Aumentar la dureza y la resistencia. |
Templado | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1 hora | Aire | Reduce la fragilidad y mejora la tenacidad. |
Los procesos de tratamiento térmico influyen significativamente en la microestructura y las propiedades del acero S135. El temple aumenta la dureza, mientras que el revenido ayuda a aliviar las tensiones y a mejorar la tenacidad, haciéndolo adecuado para aplicaciones de alta tensión.
Aplicaciones típicas y usos finales
Industria/Sector | Ejemplo de aplicación específica | Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación | Motivo de la selección (breve) |
---|---|---|---|
Petróleo y gas | Tubos de perforación | Alta resistencia a la tracción, tenacidad. | Necesario para perforación profunda |
Minería | Tubos de revestimiento | Resistencia a la corrosión, resistencia | Durabilidad en condiciones adversas |
Construcción | Componentes estructurales | Alta resistencia, soldabilidad. | Esencial para la integridad estructural |
El acero S135 se utiliza principalmente en la industria del petróleo y el gas para tuberías de perforación, donde su alta resistencia y tenacidad son cruciales. Además, se aplica en minería y construcción, donde la durabilidad y la resistencia a entornos hostiles son primordiales.
Consideraciones importantes, criterios de selección y más información
Característica/Propiedad | Acero S135 | API 5L X65 | AISI 4140 | Breve nota de pros y contras o compensación |
---|---|---|---|---|
Propiedad mecánica clave | Alta resistencia | Fuerza moderada | Alta resistencia | S135 ofrece una mayor tenacidad |
Aspecto clave de la corrosión | Resistencia justa | Buena resistencia | Resistencia justa | API 5L X65 es mejor para entornos corrosivos |
Soldabilidad | Moderado | Bien | Bien | El S135 requiere un tratamiento cuidadoso |
Maquinabilidad | Moderado | Bien | Moderado | El S135 es más difícil de mecanizar |
Costo relativo aproximado | Moderado | Moderado | Bajo | El costo varía según la aplicación |
Disponibilidad típica | Común | Común | Común | Ampliamente disponible en la industria |
Al seleccionar el acero S135 para aplicaciones específicas, consideraciones como el costo, la disponibilidad y las propiedades mecánicas son cruciales. Si bien el S135 ofrece excelente resistencia y tenacidad, su soldabilidad y maquinabilidad pueden presentar desafíos. En comparación, grados como el API 5L X65 ofrecen una mejor resistencia a la corrosión, lo que los hace adecuados para diferentes entornos.
En conclusión, el acero S135 es un material vital en la industria del petróleo y el gas, ya que ofrece una combinación única de resistencia, tenacidad y resistencia moderada a la corrosión. Sus propiedades lo hacen adecuado para aplicaciones exigentes, pero es fundamental considerar cuidadosamente sus limitaciones y propiedades de fabricación para un rendimiento óptimo.