¿Qué le Pasa a un 8.8 Normal en Caliente?

En cuanto el equipo supera los 300 °C, los pernos 8.8 y 10.9 que a temperatura ambiente iban bien empiezan a fallar. Hay cuatro modos principales de fallo:

• Creep: superada la temperatura de recristalización, incluso con tensión por debajo del límite elástico, el perno se extiende plásticamente con el tiempo y la precarga se va perdiendo poco a poco.
• Relajación tensional: el perno, limitado a longitud fija, convierte la tensión elástica en deformación por creep con el tiempo, y la fuerza de apriete cae.
• Ablandamiento por revenido: el límite de revenido de la clase 8.8 es 425 °C; si se sirve mucho tiempo cerca o por encima de esa temperatura, la estructura templada-revenida se revena y pierde resistencia y dureza.
• Oxidación y corrosión térmica: a alta temperatura se descama la óxidoescama, las roscas se agarrotan y al desmontar quedan soldadas.

Por eso, el perno de alta temperatura no puede seleccionarse con la clase de temperatura ambiente. Un error muy común es usar un perno de acero al carbono 8.8 en un colector de escape de 400 °C: a los tres meses, la brida empieza a gotear. No es que el perno se haya roto, sino que el creep relaja la precarga hasta hacerla desaparecer.

¿Qué Rango Cubre GB/T 3098.8?

GB/T 3098.8-2010 «Propiedades mecánicas de elementos de unión roscada para uso entre -200 °C y +700 °C» se redacta precisamente para servicios en caliente y en frío; adopta idénticamente la norma DIN EN 10269 «Aceros para elementos de sujeción en caliente y en frío». La norma evalúa la temperatura en dos niveles: temperatura máxima de corta duración y temperatura máxima de larga duración, y añade los requisitos de tenacidad de los materiales austentíticos a -200 °C. Le acompaña GB/T 3098.24-2020 «Pernos, tornillos, espárragos y tuercas de acero inoxidable y aleaciones de níquel resistentes al calor y a alta temperatura», que cubre grados de inoxidable y níquel para las temperaturas más altas.

Material por Franja de Temperatura (Anexo A)

El anexo A (informativo) de GB/T 3098.8-2010, en su tabla A.1, da los grados nacionales de aceros para sujeciones en caliente/frío frente a los de DIN EN 10269. En planta se consulta directamente por la temperatura de larga duración:

En palabras sencillas: por debajo de 500 °C basta el acero al cromo-molibdeno (35CrMo, 42CrMo); de 500 a 600 °C hay que subir a acero CrMoV (25Cr2MoV, 35CrMoV); por encima de 600 °C hay que pasar a acero inoxidable austentítico resistente al calor y a aleaciones de níquel.

Más de 600°C: Inoxidable Austentítico y Níquel

Subiendo más de temperatura, el acero ferrítico resistente al calor ya no aguanta el creep; el anexo A da tres opciones de gama alta:

• X7CrNiMoBNb16-16 (grado S): acero austentítico; sirve para 650 °C a corto plazo y 670 °C a largo; dureza de la tuerca ~270~272 HV; para turbinas de gas y calderas.
• GH2132 (X6NiCrTiMoVB25-15-2, grado SD): desde -196 °C hasta 650 °C; dureza 287~367 HV; combina tenacidad en frío y resistencia en caliente.
• GH4080A (NiC20TA, grado SB, aleación de níquel): -196 °C a 650 °C en continuo, 800 °C a corto; dureza 320~417 HV; nivel de pernos principales de motor aeronáutico y nuclear.

Precauciones de la Unión en Caliente

• Temperatura de apriete: el perno de alta temperatura debe apretar en caliente a la temperatura de servicio, o reservar margen de relajación por cálculo; al inicio del servicio, reapretar periódicamente.
• Antiagarrotamiento: en montaje de pernos de inoxidable o níquel en caliente, tiende al agarrotamiento; aplicar compuesto antigripante (p.éj. plateado, MoS₂ seco) y controlar la velocidad de apriete.
• Marcado: los elementos de acero de tenacidad en frío o de resistencia en caliente deben marcarse según la tabla 1 el grupo de acero y la clase, o según la tabla 2 la abreviatura del material (p.éj. LM30×200-TB-A4-70-oxidado).
• Lado frío: en servicio con nitrógeno líquido -196 °C o GNL, elegir GH2132 o X12Ni5; el acero al carbono normal se fractura en frío.
• Descontar la precarga de diseño: el límite elástico cae con la temperatura; la precarga de diseño debe recalcularse a la temperatura de servicio y no tomarse directamente de los datos a temperatura ambiente.

Tabla Rápida de Selección