El acero inoxidable dúplex es un material de ingeniería de alta resistencia, excelente resistencia a la corrosión y económico. Se utiliza ampliamente en petroquímica, ingeniería naval, energía nuclear, procesamiento de alimentos y otros campos. Este blog presentará la definición, las características, la clasificación, la aplicación y el método de selección de materiales del acero inoxidable dúplex para ayudarle a elegir mejor el grado de acero inoxidable adecuado.
Características básicas del acero inoxidable dúplex
La característica notable de los aceros inoxidables dúplex es la coexistencia de dos estructuras cristalinas, ferrita (α-Fe) y austenita (γ-Fe), en la microestructura, y ambas suelen coexistir en una relación de volumen cercana a 1:1. Esta estructura dúplex se consigue controlando con precisión la proporción de elementos como el cromo (Cr), el níquel (Ni) y el molibdeno (Mo): el cromo es un elemento formador de ferrita y el níquel es un estabilizador de la austenita. El equilibrio de ambos garantiza que la proporción de las dos fases sea cercana al 50:50. La adición de nitrógeno estabiliza aún más la fase de austenita, al tiempo que mejora la solidez y la resistencia a la corrosión.
Desde el punto de vista de las prestaciones, la fase de ferrita confiere al material una gran solidez y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros, mientras que la fase de austenita proporciona tenacidad y resistencia a los ácidos. Este efecto sinérgico permite a los inoxidables dúplex alcanzar el mejor equilibrio entre resistencia, resistencia a la corrosión y tenacidad. Por ejemplo, el acero inoxidable austenítico ordinario (como el 304) es propenso al agrietamiento por corrosión bajo tensión en entornos con iones cloruro, mientras que el acero ferrítico con alto contenido en cromo es más frágil. Los inoxidables dúplex superan las deficiencias de ambos tipos de materiales. Los datos de las pruebas muestran que el límite elástico del acero inoxidable dúplex puede alcanzar 400-550 MPa, que es más del doble que el del acero inoxidable 304 (unos 205 MPa), mientras que el alargamiento se mantiene en 25%-40%, que es significativamente superior al del acero de baja aleación de alta resistencia.
En términos de resistencia a la corrosión, el equivalente de resistencia a la picadura (PREN) del acero inoxidable dúplex puede calcularse mediante la fórmula:
PREN= %Cr + 3,3 ×%Mo + 16 ×%N
Si tomamos como ejemplo el grado 2205, Cr 22%, Mo 3%, N 0,15%, su valor PREN alcanza 33-34, muy superior al del acero inoxidable 304 (PREN≈18) y al del acero inoxidable 316 (PREN≈24). Y lo que es más importante, los inoxidables dúplex muestran una gran resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros (SCC): en un entorno de agua de mar que contenga iones cloruro, los inoxidables austeníticos ordinarios pueden agrietarse en unos pocos meses, mientras que los inoxidables dúplex pueden utilizarse con seguridad durante décadas.
Clasificación y grados típicos del acero inoxidable dúplex
En la actualidad, el acero inoxidable dúplex se divide principalmente en cuatro generaciones. Las características y calidades típicas de cada generación son las siguientes:
El grado representativo de primera generación 2205 (S31803) contiene Cr 22%, Ni 5%, Mo 3% y N 0,15%. Su fórmula clásica equilibra la resistencia a la corrosión y la solidez, y se utiliza ampliamente en equipos químicos y tuberías de agua de mar. La segunda generación de acero superdúplex 2507 (S32750) contiene Cr 25%, Ni 6%, Mo 3,5% y N 0,25%. El valor PREN es ≥40, y la resistencia a la corrosión es mayor. Es adecuado para plataformas marinas y equipos de GNL. La tercera generación 2507Cu añade elementos de Cu a 2507 para mejorar la resistencia a la corrosión por intersticios. Es adecuado para ácido clorhídrico de alta concentración e industrias papeleras. El grado económico de cuarta generación LDX 2101 contiene bajo contenido en níquel (1,5%), alto contenido en manganeso (5,5%), Cr 21%, Mo 0,3% y un valor PREN de 26-28. Se utiliza en la construcción y la protección medioambiental. Se utiliza en equipos de construcción y protección medioambiental.
El punto clave es: la primera y la segunda generación son grados de aplicación corriente. La segunda generación mejora significativamente la resistencia a la corrosión al aumentar el contenido de cromo, molibdeno y nitrógeno; la tercera generación está optimizada para entornos corrosivos específicos (como el ácido clorhídrico de alta concentración); la cuarta generación consigue controlar los costes al reducir el contenido de níquel.
Aplicación y selección de materiales del acero inoxidable dúplex
La industria del petróleo y el gas es el principal campo de aplicación de los inoxidables dúplex. El sistema de colectores de las plataformas de producción de petróleo en alta mar utiliza inoxidables dúplex (como el 2507) para resistir la corrosión del agua de mar (PREN≥40) y la alta presión (≥600 MPa); el revestimiento del tanque de almacenamiento de GNL utiliza 2205 o 2507, teniendo en cuenta la tenacidad a baja temperatura (-50℃) y la resistencia a la corrosión bajo tensión por sulfuro de hidrógeno. En los sectores químico y energético, los dispositivos de desulfuración húmeda y las tuberías de refrigerante de energía nuclear utilizan 2205 o 2507 para resistir la corrosión media del ácido sulfúrico y el ácido fosfórico y la corrosión bajo tensión del sulfuro a alta temperatura. En los campos de la construcción y la protección del medio ambiente, el LDX 2101 se utiliza para barandillas de puentes y equipos de tratamiento de aguas residuales, reduciendo los costes de mantenimiento gracias a su bajo coste de níquel (1,5%) y su buena resistencia a la corrosión atmosférica/por aguas residuales.
La selección del material debe centrarse en el entorno corrosivo (como el agua de mar, el ácido, la concentración de iones cloruro), las propiedades mecánicas (soporte de presión, resistencia al impacto), el coste (contenido de níquel y uso del material) y los requisitos de procesamiento y soldadura. Por ejemplo, 2507 con PREN ≥ 40 es preferible en entornos de agua marina; los equipos químicos necesitan elegir 2205 o 2507 según la concentración del medio; y el económico LDX 2101 puede utilizarse para barandillas de edificios. Las soluciones típicas a los problemas incluyen: controlar el aporte de calor durante la soldadura para evitar la fragilización (utilizando hilo de soldadura coincidente y proceso de soldadura multicapa de varias pasadas); tratamiento superficial (Ra ≤ 0,8μm) y diseño estructural (evitando huecos) para evitar las picaduras.
Proceso de producción y puntos de calidad
La producción de acero inoxidable dúplex comienza con la fundición. Las materias primas se funden en un horno de arco eléctrico (EAF) y luego se transfieren a un horno de descarburación por oxígeno de argón (AOD) para su descarburación, y el contenido de carbono se controla a ≤0,03% (el acero superdúplex requiere ≤0,02%). La descarburación por oxígeno al vacío (VOD) reduce aún más las impurezas y, tras la colada continua en planchones, se lleva a cabo el laminado en caliente (1050-1150℃) y el laminado en frío y, por último, el recocido (1020-1100℃ enfriamiento con agua) para restablecer el equilibrio dúplex.
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