Caracterización de daño microestructural de equipos para alta temperatura mediante réplicas metalográficas

Abstract

La degradación microestructural de aceros sometidos a altas temperaturas es un punto crítico al analizar la confiabilidad y vida útil de equipos en la industria del oil & gas. Este trabajo aborda la caracterización del daño microestructural en dos materiales, un tubo de fuego de acero ASTM A106 Grado B sin costura y en la punta de una antorcha de venteo de gases (flare tip) de acero inoxidable ASTM A312 TP 310, mediante el uso de réplicas metalográficas in situ, microscopía óptica y ensayos complementarios de tracción, dureza y espectrometría de emisión óptica. Los resultados obtenidos evidencian distintos estadios de degradación térmica, desde la pérdida de orientación de granos hasta la esferoidización, decarburización y desaparición de la cementita en el acero al carbono, y la formación de precipitados y fases frágiles en el acero inoxidable. Las réplicas metalográficas permitieron reproducir con fidelidad la microestructura observada en probetas, validando su potencial como técnica no destructiva de evaluación in situ. No obstante, se identificaron limitaciones relacionadas con las dimensiones del área de análisis y los cuidados de la técnica respecto a la calidad en la preparación de la superficie de análisis. El estudio establece un marco técnico que facilita la correlación entre réplicas y metalografías destructivas, aportando una referencia para la evaluación del daño microestructural en equipos sometidos a condiciones severas de operación. Estos resultados generan un aporte de valor tanto para la gestión de integridad en la industria regional como para futuras investigaciones académicas.

The microstructural degradation of steels exposed to high temperatures is a critical factor in assessing the reliability and service life of equipment in the oil & gas industry. This work addresses the characterization of microstructural damage in a fire-tube made of ASTM A106 Grade B seamless steel and in the flare tip made of ASTM A312 TP 310 stainless steel, through the use of in situ metallographic replicas, optical microscopy, and complementary tensile, hardness, and optical emission spectroscopy tests. The results obtained reveal different stages of thermal degradation, ranging from the loss of grain orientation to the spheroidization, decarburization, and disappearance of cementite in carbon steel, as well as the formation of precipitates and brittle phases in stainless steel. Metallographic replicas successfully reproduced the microstructure observed in specimens, validating their potential as a non-destructive technique for in situ evaluation. Nevertheless, limitations were identified regarding the restricted analysis area and the required technique care, particularly associated with the quality of surface preparation. This study establishes a technical framework that facilitates the correlation between replicas and destructive metallography, providing a reference for evaluating microstructural damage in equipment subjected to severe operating conditions. These results contribute valuable insights for integrity management in the regional industry and for future academic research.