Procedimiento para elaborarRéplicas Metalográficas y metalografías de campo. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 1 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Propiedad de Petróleos Mexicanos Marina Nacional Número 329, Colonia Petróleos Mexicanos, Delegación Miguel Hidalgo, México, D.F., C.P. 11311 Tel. (+52 55) 1944 2500. La reproducción total o parcial de este documento podrá efectuarse mediante la autorización expresa de xxxxxx, otorgándole el crédito correspondiente. HOJA DE AUTORIZACIÓN Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 2 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Elaboró Rúbrica Revisó Rúbrica Autoriza Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 3 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Sección de Control de Cambios Página (s) Fecha de Revisión Descripción del Cambio Modificada (s) Emisión Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 4 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Contenido Número Tema Pág. Visión General 1. Introducción 6 2. Definiciones 7 3. Objetivo 8 4. Ámbito de aplicación 8 5. Responsabilidades respecto al presente documento 8 6. Marco Jurídico 8 7. Interpretación 8 8. Instancias de Autorización 8 9. Referencias 9 Sección I Descripción de Actividades I.1 Principio de la Técnica Metalográfica de Campo 10 I.2 Proceso de Aplicación 10 I.3 Aplicación de la Metalografía en Aceros al Carbono 10 I.4 Aplicación de la Metalografía en aceros expuestos a alta 11 temperatura I.5 Registros 17 I.6 Personal 17 Disposiciones Transitorias 18 Anexos A Análisis metalográfico y ensayo de dureza 19 B Clasificación de daños por creep 25 C Relación de Dureza y Esfuerzo a la tensión 26 D Tamaños de grano 28 Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 5 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Visión General Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 6 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 1. Introducción. La metalografía de campo, se utiliza en diferentes aplicaciones en conjunto con otras pruebas para evaluar la condición metalúrgica de los materiales. Es el caso de la caracterización de materiales en campo que con el análisis de la microestructura, la medición de dureza y en su caso con el análisis químico del material es posible determinar el grado aproximado del mismo. Así mismo es útil en la evaluación de materiales expuestos al calor por las condiciones de servicio en las que operan dentro de las instalaciones petroleras. Mediante la metalografía aplicada a los tubos expuestos al calor en conjunto con la medición de espesores, dimensionamiento, inspección visual entre otras técnicas de inspección, como lo establece el API RP 573 “Inspection of Fired Boilers and Heater”, se determina la condición estructural y metalúrgica de estos componentes. Es necesario entender los mecanismos potenciales de daño para desarrollar e implementar las actividades de monitoreo e inspección y prevenir que sean causales de una falla. Por ejemplo, en los tubos operando en calderas y hornos los mecanismos de deterioro son la termofluencia (creep) y ruptura por esfuerzos. Las variables para que estos mecanismos de daño se presenten son: propiedades de resistencia del material a esfuerzos de ruptura y creep, esfuerzos aplicados por la presión interna y las cargas mecánicas, y el tiempo operando con la combinación de esfuerzo y temperatura del metal. Para asegurar que las predicciones y análisis sean apropiados y confiables, se hace necesario contar con datos del histórico de operación, predicción de velocidades de deterioro, conocer las condiciones de operación futura para predecir el impacto en la vida del tubo, así como el monitoreo de la operación y el deterioro. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 7 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 2. Definiciones Para efectos del presente documento, los términos que a continuación se relacionan tendrán el significado que se prevé en este apartado, pudiendo utilizarse indistintamente en singular o plural. Término Significado Acero Aleación hierro-carbono, cuyo contenido de carbono se encuentra entre los límites de 0.008-2.00%, el resto lo componen el hierro como metal base y los elementos de aleación. Acetona Líquido incoloro (CH3)2CO, de olor característico agradable, volátil, altamente inflamable y sus vapores son más pesados que el aire. Alúmina Nombre comercial para el óxido de aluminio (Al2O3) en polvo empleado para el pulido del material. Componente Pieza que forma parte de un equipo o arreglo (ejemplo: carrete, placa, tapa,válvula, boquilla, etc.). Desbaste Retiro de material superficial por acción mecánica o electroquímica. Dureza Capacidad de un metal para resistir la penetración. Elemento Unidad o componente de las líneas de proceso (carrete, codo, tee, etc.). Metalografía Ciencia que estudia las características microestructurales de un metal ó aleación relacionándolas con sus propiedades físicas, químicas y mecánicas. Micrografía Imagen obtenida con la ayuda de un microscopio y una cámara fotográfica. Grano Cristal componente de un sólido, puede ser metálico o no metálico. Indentación Marca o huella resultante de la medición de dureza. Nital Reactivo resultado de mezclar ácido nítrico y alcohol etílico. Tamaño de grano Medida del tamaño de los granos en un material cristalino que se obtiene al contar el ASTM número de granos por pulgada cuadrada en una amplificación de 100x. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 8 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 3. Objetivo. Establecer una guía general para la elaboración de metalografías de campo, describiendo el principio de la técnica, el proceso de aplicación de la misma, su aplicación en aceros al carbono y aplicación en aceros al carbono a alta temperatura; utilizando la técnica de réplica metalográfica y/o metalografía con microscopio óptico de campo, con la opción de realizar una prueba de dureza para propósitos de evaluación. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 9 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 4. Ámbito de aplicación. Este documento aplica para la elaboración de metalografía en campo de elementos o componentes de tuberías, recipientes sujetos a presión y tanques de almacenamiento atmosférico, fabricados de acero al carbono y aleados, así como para la identificación de cambios metalurgicos microestructurales de este tipo de aceros expuestos a altas temperaturas o fuego directo. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 10 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 5. Responsabilidades respecto al presente documento. Responsable Responsabilidad Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 11 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 6. Marco Jurídico Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 12 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 7. Interpretación Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 13 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 8. Instancia de Autorización Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 14 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: 9. Referencias API RP 573 “Inspection of Fired Boilers and Heater”. API 579 Fitness For Service, American Petroleum Institute. ASTM E 110 Standard Test Method for Indentation Hardness of Metallic Materials by Portable Hardness Testers ASTM E 112 Standard Test Methods for Determining Average Grain Size. ASTM E 140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness. ASTM E 1351 Standard Practice for Production and Evaluation of Field Metallographic Replicas. ASTM E 3 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. ASTM E 407 Standard Practice for Microetching Metal and Alloys. ASTM E 7 Standard Terminology Relating to Metallography. Metallographer’s Guide - Practices and Procedures for Irons and Steels, American Society for Metals, 2002. ASM Handbook, American Society for Metals: Metallography and Microstructures, Vol 9, , 1985.ASM Handbook, Volume 17: Nondestructive Evaluation and Quality Control: Replication Microscopy Techniques for NDE. ASM Handbook, Volume 11: Failure Analysis and Prevention: Elevated Temperature Life Assessment for Turbine Components, Piping and tubing. “Control de la degradación microestructural por medio de la técnica no destructiva de réplicas metalográficas” Autores: Edmundo González, Pablo Raffo, Ezequiel Pascuali, Héctor Sbuttoni; Instituto Argentino de Siderurgia. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 15 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: SECCIÓN I. DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 16 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: I.1 Principio de la Técnica Metalográfica de Campo La Metalografía puede definirse como la técnica que revela la microestructura de fases y compuestos que conforman un material metálico. El principio de la técnica metalográfica consiste en desbastar y pulir hasta un acabado espejo la superficie de la pieza/componente y revelar la condición microestructural del mismo, aplicando un reactivo químico apropiado para la especificación del material, para poder observarlo con la ayuda de un microscopio de forma directa o copiar el relieve mediante una replica metalografica y luego observarla con el microscopio. I.2 Proceso de Aplicación. La aplicación de la técnica de metalografia requiere de varias etapas, las cuales tienen la finalidad de acondicionar el componente para obtener una superficie plana y pulida, de manera que sólo aparezcan en ella los detalles propios de su estructura para la evaluación y no características ajenas a la superficie que puedan enmascarar su microestructura real. La superficie debe ser plana, dado que la reducida profundidad de campo de microscopios a grandes aumentos no permiten enfocar la imagen simultaneamente en planos situados en diferentes niveles. En el caso de superficies curvas se utiliza la técnica de replica metalográfica para obtener la topografía del material y luego se coloca sobre una superficie plana para su observación al microscopio. El proceso de aplicación de la metalografia consiste en los siguientes pasos: 1) Recopilación de información. 2) Preparación de equipo y materiales. 3) Selección del área. 4) Preparación de la superficie. 5) Ensayo de Metalografía de campo. 6) Ensayo de Dureza (opcional) 7) Registros. La descripcion de cada etapa del proceso de aplicación se muestran en el Anexo A. I.3 Aplicación de la Metalografía en Aceros al Carbono La aplicación de la técnica de metalografía en aceros al carbono, tiene varias vertientes, como se mencionó en la introducción: I.3.1 Determinación de las fases microestructrales presentes en el acero. Las microestructuras mas comunes en acero al carbono son las microestructuras ferríticas, caracteristica de aceros de bajo carbono, ferrita-perlita y la microestructura martensítica, estas últimas dependientes de la cantidad de carbono en la aleación fierro-carbono del acero. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 17 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Acero con 0.013% de carbono Acero ASTM A 106 Grado B. ASTM A 537grado B, Templado y Ferrita total. 100X Ferrita zonas claras, ferrita zonas revenido. Martensita revenida. 500X oscurras. 100X Figura 1. Microestructuras típicas de aceros al carbono I.3.2 Caracterización del acero al carbono en campo. En esta aplicación la metalografia se utiliza en conjunto con el ensayo de dureza para determinar el grado aproximado del material. La preparación metalográfica y ensayo de dureza se puede aplicar como se describe en el anexo A. Otras técnicas pueden aplicarse previendo que la calidad resultante sea similar a las descritas en dicho anexo. Con los resultados de microestructura y dureza obtenidos se procede a realizar una evaluación de la condición actual del componente, efectuando una comparación con la especificación correspondiente al tipo de componente requerido por el servicio. Evaluación de la microestructura. 1) La microestructura del componente debe evaluarse por comparación, identificando las fases presentes de ferrita, perlita, martensita u otras características. 2) Se debe determinar el tamaño de grano promedio de acuerdo a la ASTM E 112 o por comparación de las imágenes a 100X propuestas en el Anexo D de este documento (Fuente: ASM Handbook Vol 9). Evaluación de la dureza. 1) El valor de la dureza obtenida se debe comparar con la especificación del material requerido por el servicio. 2) En materiales de especificación no conocida de origen, para efectos de determinar una especificación aproximada, la dureza obtenida se correlaciona con la resistencia a la tensión dada en la Tabla 3 del anexo C (Fuente: Tabla F.1 API 579). El valor de esfuerzo obtenido en conjunto con el análisis de la metalografía y características del elemento o componente, se comparan con los valores de la especificación del material apropiado para el servicio requerido y se determina si el material ensayado cumple con lo mínimo estipulado en dicha especificación. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 18 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: I.4 Aplicación de la Metalografía en aceros expuestos a alta temperatura En esta aplicación, la metalografia se utiliza en conjunto con el ensayo de dureza para determinar el grado de deterioro de los aceros al carbono expuestos a altas temperaturas. De acuerdo a el API RP 573 “Inspection of Fired Boilers and Heater”, los materiales más utilizados para el servicio a alta temperatura en hornos a fuego directo y calderas se muestran en la tabla No. 1. Tabla No. 1. Materiales de tubería para calentadores Especificación tubo Especificación tubo (Pipe) Límite de temperatura del Material (Tube) sin costura sin costura metal por diseño Acero al carbono A179/A192 A53/A106 540°C 1¼ Cr-½ Mo A213 T11 A335 P11 595 °C 2¼ Cr-1 Mo A213 T22 A335 P22 650°C 3 Cr-1 Mo A213 T21 A213 P21 650 °C 5 Cr-½ Mo A213 T5 A335 P5 650 °C 5 Cr-½ Mo-Si A213 T5b A335 P5b 705 °C 9 Cr-1 Mo A213 T9 A335 P9 705 °C 9 Cr-1 Mo-V A213 T91 A213 T91 650 °C1 Type 304H A213 TP304H A312 TP304H 815 °C Type 316 A213 TP316 A312 TP316 815 °C Type 321 A213 TP321 A312 TP321 815 °C Alloy 800H/800HT B407 Gr 800H/800HT B407 Gr 800H/800HT 985 °C1 HK A608 Gr HK402 — 1010 °C1 Nota 1: Estos materiales comúnmente son usados en tubos de hornos a alta temperatura donde la presión interna es tan baja que la resistencia a la ruptura no influye en el diseño. Nota 2: Tubo vaciado centrifugamente. Para efectos de este documento se presenta sólo la evaluacion del daño en aceros al carbono y baja aleacion expuestos a alta temperatura. Las formas de deterioro de los aceros al carbono y baja aleacion expuestos a altas temperaturas y en donde los esfuerzos exceden la condicion normal de operación, se describe a continuación. I.4.1 Evaluación de aceros al carbono expuestos a alta temperatura: Los pasos a seguir para la evaluación de aceros al carbono y baja aleación expuestos a alta temperatura son los siguientes: a) En componentes expuestos a altas temperaturas por el servicio, se deberá evaluar si existe evidencia de cambio en la microestructura y esferoidización de carburos de fierro (Fe 3C). Ver ejemplo en figura 2 y 3. b) En componentes expuestos permanentemente a altas temperaturas, se deberá investigar la presencia de grietas que evidencíen el fenómeno de termofluencia (creep). En aceros al carbono y baja aleación, este fenómeno se comienza a manifestar con la transformación de la perlita laminar a una forma de carburos esferoidizados. Con el tiempo, la Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 19 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: esferoidización continúa precipitándose en los límites de grano y los carburos se van ligando hasta que coalescen generando grietas. Ver ejemplo en figuras 4 y 5. En el Anexo B se muestra una tabla genérica del tipo de daño por termofluencia (creep) y recomendaciones de acuerdo a la microestructura obtenida. c) En componentes que por su servicio son expuestos permanentemente a altas temperaturas, se deberá comparar las durezas de diferentes localizaciones del mismo, considerando entre ellas una zona expuesta directamente y otra no expuesta, o de un componente de igual especificación no expuesto. El cambio gradual de la microestructura a carburos bajo exposición al calor prolongada, puede provocar una reducción en las propiedades de la resistencia a la termofluencia (creep) de aceros al carbono y baja aleacion cromo–molibdeno. Inicialmente los carburos estan presentes en la perlita, la cual consiste de laminillas alternadas de carburo de fierro (Fe 3C) y ferrita. La perlita inicia a esferoidizarse, continuando la exposición al calor causa la completa esferoidización y finalmente coalesce dentro de grandes partículas de carburo de fierro. El calor puede causar la conversión del carburo de fierro a grafito el cual puede resultar en reducción de resistencia al impacto y reducción de ductilidad o perdida de resistencia a la tensión, como se muestra en la figura 2. Figura 2. Microestructuras representativas de tubos de acero al carbono: Perlita laminar de un tubo antes de entrar en servicio (a); Esferoidización de carburos de fierro (FeC3) en tubos de acero después de exposición larga a 540°C (b); Grafitización del acero al carbono (c). Referencia: ASM Handbook, Volume 17: Nondestructive Evaluation and Quality Control. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 20 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: El cromo junto con otros formadores de carburos como vanadio, tungsteno, molibdeno, neobio y titanio, tienden a establilizar los constituyentes de carburos evitando la formacion de grafito, pero estos tipos de carburos sufren esferoidizacion progresiva y coalescencia a temperaturas adecuadas para ello. a) Ferrita perlita sin degradación. b) Primeros signos de esferoidización c) Esferoidización intermedia de la perlita con usualmente acompañado por precipitación presencia de algunos carburos laminares. en bordes de grano. d) La esferoidización es completa pero e) Los carburos se muestran f) El tamaño de algunos carburos se algunos carburos todavía en agrupados dispersos dejando pequeñas trazas ha incrementado por coalescencia. en las colonias originales de perlita. de las áreas originales de perlita. Figura 3. Microestructuras representativas de acero al carbono en donde se muestra el proceso de degradación de la microestructura al estar sometida al calor. “Control de la degradación microestructural por medio de la técnica no destructiva de réplicas metalográficas” Autores: Edmundo González, Pablo Raffo, Ezequiel Pascuali, Héctor Sbuttoni; Instituto Argentino de Siderurgia. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 21 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: a) b) c) Figura 4. Microestructura de la secuencia de daño por termofluencia (creep), de un acero con 0.28%C, 1 % Cr,1% Mo, 2.5% Ni; expuesto a una temperatura de 565°C, y expuesto a esfuerzos de 30ksi. a) formación inicial de cavidades en los límites de grano; b) unión de micro cavidades; c) separación de límites de grano y formación de grietas. Magnificación 500X. Figura 5. Avance esquemático de daño por creep: Pequeñas cavidades (a); unión de las cavidades a través del tiempo (b); formación de grietas intergranulares (c); formación de macrogrietas (d). Referencia: ASM Handbook, Volume 17: Nondestructive Evaluation and Quality Control. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 22 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: I.5 Registros. Los resultados y los parametros utilizados en el analisis metalografico y dureza se deberan registrar en un solo formato de reporte. Este registro deberá contener al menos lo siguiente: Análisis Metalográfico : a) Descripción y ubicación del componente. b) Condiciones de operación y de diseño del componente. c) Especificación de material del componente. d) Equipo utilizado para el ensayo. e) Descripción de la microestructura obtenida: fases presentes y tamaño de grano. f) Observaciones de cambio metalúrgico por exposición al calor y/o presencia de grietas. g) Conclusiones. h) Recomendaciones. Ensayo de dureza. i) Equipo utilizado para el ensayo. j) Resultados de dureza obtenidos. k) Conclusiones. l) Recomendaciones. I.6 Personal. La ejecución de los ensayos de metalografía y dureza deberá realizarse por personal capacitado y adiestrado como mínimo en las técnicas descritas en el anexo A u otras equivalentes. La interpretación de los resultados debe realizarse por personal con conocimientos y experiencia en las características de cada componente y evaluación de los daños particulares en las condiciones de servicio o para el servicio. Es recomendable que el personal a cargo de la ejecución y evaluación de resultados sean asesorados por un experto en metalurgia o inspector API certificado, con experiencia en el tipo de componente y condiciones de servicio en particular. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 23 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Disposiciones Transitorias Primera. Segunda. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 24 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Anexo A Análisis metalográfico y ensayo de dureza. Proceso de Aplicación. La elaboración de la metalografía se realizará en la secuencia de las actividades siguientes: 8) Recopilación de información. 9) Preparación de equipo y materiales. 10) Selección del área. 11) Preparación de la superficie. 12) Ensayo de Metalografía de campo. 13) Ensayo de Dureza (opcional) 14) Registros. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 25 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: A.1. Recopilación de información. Para el efecto del desarrollo de los ensayos enunciados es necesario contar con la información del circuito de tubería o equipo estático objeto de prueba: Identificación del circuito de tubería o equipo. Diámetro nominal. Ubicación e identificación de los elementos o componentes que se van a caracterizar. Espesor actual remanente. Resultados relevantes de inspecciones por ensayos no destructivos previos. Temperatura máxima de operación. Fluido de servicio. Especificación de material de diseño o esperado. En su caso, modo de exposición a altas temperaturas. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 26 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: A.2. Preparación de equipo y materiales. Equipo y materiales básicos para realizar el análisis metalográfico y ensayo de dureza: Microscopio óptico metalográfico portátil con magnificaciones de 100X, 200X y 400X Cámara digital con adaptador al microscopio. Taladro de 2800 RPM. Pulidor eléctrico y base para lijas de disco (opcional). Lijas de granos 60 u 80, lijas de grano 240, 320, 600 y 1200. Nital al 3%, Alúmina Acetona. Algodón. Juego para replicas metalográficas de acetato y reactivo. Durómetro portátil . Barras patrón de acero certificadas, marcadas. Martillo de bronce de 2 lb (si se usa durómetro Telebrineller). Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 27 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: A.3. Selección del área. La zona de la prueba no deberá tener espesores remanentes bajos y deberá estar libre de abolladuras, golpes, ralladuras, fallas internas o cualquier otra imperfección que interfiera con la elaboración de la metalografia y dureza. Las fallas internas deben descartarse mediante una prueba volumetrica como el ultrasonido industrial. La zona en la cual se realice los ensayos de metalografía y dureza deberá estar alejada 2 pulgadas o más de la unión soldada y de la zona afectada por el calor. La temperatura del material en el cual se llevará a cabo el ensayo metalográfico no debe ser mayor de 50°C, considerando la evaporación del agente para el ataque químico y la solución para la réplica metalográfica. Para análisis metalográfico de elementos o componentes expuestos a altas temperaturas o fuego directo, se deberá seleccionar la zona que sea representativa de la exposición al calor y una zona no expuesta del mismo elemento o componente u otro no expuesto de especificación similar. Esta prueba deberá realizarse con el equipo fuera de operación. Para la identificación de materiales desconocidos, se deberá obtener una muestra de material de la especificación esperada para efecto de tener un patrón de comparación. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 28 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: A.4. Preparación de la Superficie. La superficie a inspeccionar deberá estar libre de pintura, suciedad, polvo, cascarilla de corrosión, rebabas, grumos de pintura, puntos de soldadura, quemadas por arco eléctrico, acoplante de inspecciones anteriores ó cualquier otro material que pudiera afectar en la aplicación del ensayo. La superficie debe de prepararse por medios abrasivos, hasta obtener una superficie pulida con acabado espejo. Para lo anterior deben ejecutarse los siguientes pasos. A.4.1 Desbaste grueso. El desbaste inicial se efectuará con lijas de disco adaptable para pulidor o taladro manual; el tamaño de grano abrasivo que se utiliza en este desbaste grueso es entre 60 a 120, dependiendo de la condición de la superficie a preparar. Este paso puede omitirse si la superficie a examinar presenta un acabado liso, en cuyo caso se iniciará con un desbaste fino. A.4.2 Desbaste fino. El desbaste fino es un desbaste secuencial empleando lijas de tamaño de grano cada vez más fino, es decir con lija de grano 240, 320, 600 y finalmente 1000 o hasta 1200. Para este proceso se utiliza un taladro con accesorio de disco pequeño en donde se adhieren las lijas. Debe desbastarse en una sola dirección con movimientos rectos de ida y regreso sobre la superficie que se va a examinar. Al cambiar a la lija subsecuente, la dirección de desbaste se realiza a 90º con respecto a la anterior, esta misma operación debe efectuarse en las lijas siguientes hasta la de tamaño de grano abrasivo mas fino (1000 o 1200) con lo cual se debe obtener una superficie con ralladuras muy finas. Es recomendable reemplazar la lija del mismo tamaño de grano despues de 15 a 45 segundos de esmerilado, considerando que las lijas de grano más fino se gastan más rápido que las de grano grueso. Usar en cada paso de 2 a 4 lijas del mismo grueso, limpiando la zona de desbaste en cada cambio. Al término del proceso se debe de limpiar la superficie con agua destilada y/o alcohol etílico, para eliminar los residuos productos del desbaste. A.4.3 Pulido. El pulido debará realizarse empleando un paño adhesivo que se coloca en el accesorio de disco del taladro, empleando suspensión de alúmina de 1.0 μm a 0.5 μm como abrasivo. Se pule en una sóla dirección, de igual manera que en el esmerilado. El primer paso del pulido se realizará en la dirección a 90° del último paso de desbaste fino. Los pasos de pulido tomarán alrededor de 60 segundos por vez, repitiendo el proceso hasta que se eliminen las ralladuras ocasionadas por el desbaste. El resultado debe de ser una superficie con acabado espejo, sin manchas y libre de ralladuras, esto puede visualizarse mediante el uso del microscopio óptico de campo entre cada secuencia de pulido. Posterior al término del pulido la superficie debe limpiarse con agua destilada, y alcohol o acetona para evitar su oxidación. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 29 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: a) b) Figura No A1. Herramientas para realizar el desbaste y pulida. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 30 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: A.5. Ensayo de Metalografía de campo. A.5.1 Ataque químico. Para revelar la microestructura del material de interés se realiza un ataque químico aplicando “Nital” (1 a 5 ml de HNO3 en 100 ml de etanol o metanol) sobre la superficie pulida, la aplicación de este reactivo puede hacerse directamente con un gotero o mediante el uso de motas de algodón, según lo permita la posición de la superficie de prueba. Cuando la superficie metálica se torne opaca, aplicar acetona o alcohol para detener el ataque. Figura No A2. Ataque químico del acero utilizando el reactivo químico y algodón A.5.2 Observación metalográfica. Se deberá observar a través del microscopio óptico de campo el estado final de la muestra. La microestructura debe observarse sin manchas, sin ralladuras relevantes y las fronteras de grano claramente definidas. En caso de no ser así, se repetirá la operación de pulido y se ajustará el tiempo de ataque químico (sobreataque). A.5.3 Toma de la metalografía. La toma de la metalografía con microscopio óptico de campo, se realizará de acuerdo a los siguientes pasos: a) Limpiar la superficie pulida con una mota de algodón impregnada de acetona o alcohol. b) Colocar el microscopio óptico de campo sobre la superficie de prueba y ajustar el enfoque con una lente de 100X. c) Retirar el ocular del microscopio y colocar la camara fotográfica con el adaptador, procediendo al enfoque normal requerido (no utilizar zoom para no alterar la graduación de 100X). d) Efectuar la toma de la fotografía a 100X. Si el objeto de la metalografía lo requiere se podrá utilizar mayor aumento. e) Evaluar la nitidez y claridad de la imagen fotográfica obtenida y si es necesario repetir la operación. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 31 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Figura No A3. Observación de la microestructura utilizando microscopio óptico portatil de campo. A la derecha se muestra microscopio con adaptación de camara fotografica. En lugares inaccesibles para la observación con un microscopio óptico de campo la obtención de la metalografía se puede realizar mediante Replica Metalográfica y la observación de la misma en el microscopio. Si la calidad de la muestra no es la adecuada se procede a repetir el pulido, ataque químico y replica metalográfica, hasta lograr la calidad óptima. En elementos o componentes expuestos a altas temperaturas o fuego directo se utilizará el microscopio óptico de campo cuando el daño sea evidente a los aumentos disponibles (100X, 200X, 400X). En caso de que la observacion a estos aumentos no sea suficiente se tomará una réplica metalografica, la cual se puede observar en un microscopio óptico fijo de laboratorio con capacidad de aumentos mayores. Para la toma de Réplicas Metalográficas, se deberá realizar lo siguiente: a) Limpiar la superficie pulida, con acetona o alcohol. b) Tomar la lámina de réplica por la orilla de la superficie. c) Aplicar el líquido reactivo con gotero cubriendo por completo la lámina de acetato. d) Escurrir el exceso de reactivo y colocar el lado atacado de la lámina de acetato sobre la superficie metálica preparada. e) Presionar con los dedos por los menos dos minutos, cuidando que no se deslice o mueva la lámina de replica. Mantener la lámina 5 minutos adicionales sobre la superficie. f) Retirar cuidadosamente la réplica y colocarla en un portaobjetos. g) Evaluar con el microscopio de campo. h) Efectuar una toma fotográfica a 100X a la réplica. Si el objeto de la metalografía lo requiere se podrá utilizar mayor aumento. i) Evaluar la nitidez y claridad de la imagen fotográfica obtenida y si es necesario repetir la toma. j) Si es requerido, la réplica se puede llevar al microscopio óptico de laboratorio para una evaluación posterior. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 32 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: a) b) c) Figura No A3. Tecnica de aplicación de replica metalografica. a) Aplicación de acetato de replica metalografica; b) retiro de acetato de replica; c) colocacion de replica en portaobjetos para observacion en micreoscopio. A.5.4 Evaluación de la imagen metalográfica. a) Se deberá evaluar la calidad de la imagen de la microestructura obtenida de manera que se definan claramente las fronteras de grano, cavidades y otras características metalúrgicas presentes, a la vez que observe sin manchas y sin ralladuras relevantes que pudieran interferir en la interpretación de la metalografía. b) Si se toma Réplica Metalográfica se deberá confirmar en campo con un microscopio óptico portátil que fue tomada adecuadamente. La réplica metalográfica puede ser observada directamente con un microscopio óptico de campo y/o con un microscopio de laboratorio a mayores aumentos. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 33 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: A.6. Ensayo de dureza. Es necesario aplicar un Ensayo de Dureza para evaluar la resistencia del material, este se debe de aplicar preferencialmente en la zona en la cual se realizó el ensayo metalográfico de campo. Si es el caso, se debe de realizar una prueba de dureza en una zona expuesta y otra no expuesta a termofluencia, para efecto de realizar comparacion entre ambas zonas. Los requerimientos de la condición de limpieza de la superficie son los mencionados en el punto A.4, excepto que no es requerido el acabado espejo. Para la aplicación del ensayo de dureza en campo se pueden utilizar durómetros portátiles aptos para los trabajos de campo. A elección, se puede utilizar el durómetro marca telebrinell, el durómetro marca equotip u otro disponible y en buenas condiciones. Los equipos de lectura digital requerirán que la calibración esté vigente. Para cada caso se deberá de seguir las indicaciones del manual de operación de cada tipo de durómetro. Para el caso del durómetro telebrinell se deberá utilizar un martillo de bronce con la finalidad de inhibir la formación de chispa, cuando el análisis de riesgo de incendio o explosión así lo requiera. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 34 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Anexo B Clasificación de daños por creep. Tabla No. 2. Clasificación genérica de daño por Termofluencia (Creep). Clase Descripción Acción 1 Sin defecto de creep Ninguna Reinspección después de 20000 horas de 2 Pocas cavidades servicio Reinspección después de 15000 horas de 3 Coalescencia de cavidades servicio Reinspección después de 10000 horas de 4 Grietas de creep microscópicas servicio 5 Grietas de creep macroscópicas Se debe de informar inmediatamente Referencia: ASM Handbook, Volume 17: Nondestructive Evaluation and Quality Control Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 35 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Anexo C Relación de Dureza y Esfuerzo a la tensión Tabla 3. Relación de Dureza y Esfuerzo a la tensión aproximado, de aceros al carbono y baja aleación en la condición de recocido, normalizado y templado_y_revenido (API 579-1, Table F.1). Prueba de dureza Esfuerzo a la tensión aproximado Prueba de dureza Brinell (carga de Vickers (Mpa) (ksi) 3000 kg) 441 470 1572 228 433 460 1538 223 425 450 1496 217 415 440 1462 212 405 430 1413 205 397 420 1372 199 388 410 1331 193 379 400 1289 187 369 390 1248 181 360 380 1207 175 350 370 1172 170 341 360 1131 164 331 350 1096 159 322 340 1069 155 313 330 1034 150 303 320 1007 146 294 310 979 142 284 300 951 138 280 295 938 136 275 290 917 133 270 285 903 131 265 280 889 129 261 275 876 127 256 270 855 124 252 265 841 122 247 260 827 120 243 255 807 117 238 250 793 115 233 245 779 113 228 240 765 111 219 230 731 106 209 220 696 101 200 210 669 97 190 200 634 92 181 190 607 88 171 180 579 84 162 170 545 79 152 160 517 75 143 150 490 71 Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 36 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Prueba de dureza Prueba de dureza Esfuerzo a la tensión aproximado Brinell (carga de Vickers (Mpa) (ksi) 3000 133kg) 140 455 66 124 130 427 62 114 120 393 57 Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 37 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Anexo D. Tamaños de grano a 100X. Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 38 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Tamaños de grano a 100X Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 39 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó: Tamaños de grano a 100X Esta página sustituye a la Codificación del docto Aprobado/Autorizado aprobada/autorizada el: Página 40 de 29 Área(s)/Órgano(s) Colegiado(s) Acuerdo(s)/FAC Día Mes Año Elaboró: Día Mes Año Revisó:
Report " Procedimiento Para Elaborar Replicas Metalograficas"