Acero inoxidable dúplex

Los aceros inoxidables dúplex ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5] son una familia de aceros inoxidables . Se denominan grados dúplex (o austenítico-ferríticos) porque su estructura metalúrgica consta de dos fases, austenita (red cúbica centrada en la cara) y ferrita (red cúbica centrada en el cuerpo) en proporciones aproximadamente iguales. Están diseñados para proporcionar una mejor resistencia a la corrosión, en particular la corrosión bajo tensión por cloruro y la corrosión por picaduras de cloruro, y una mayor resistencia que los aceros inoxidables austeníticos estándar, como el tipo A2/304 o A4/316 . Las principales diferencias en la composición, en comparación con un acero inoxidable austenítico, es que los aceros dúplex tienen un mayor contenido de cromo, 20-28%; mayor molibdeno, hasta 5%; menor níquel, hasta 9% y 0,05-0,50% de nitrógeno. Tanto el bajo contenido de níquel como la alta resistencia (que permite utilizar secciones más delgadas) brindan importantes beneficios de costo. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en la industria del petróleo y el gas en alta mar para sistemas de tuberías, colectores, tubos ascendentes, etc. y en la industria petroquímica en forma de tuberías y recipientes a presión. Además de la resistencia a la corrosión mejorada en comparación con los aceros inoxidables dúplex de la serie 300, también tienen una mayor resistencia. Por ejemplo, un acero inoxidable tipo 304 tiene una resistencia a la corrosión del 0,2 % en la región de 280 MPa (41 ksi), un acero inoxidable dúplex al 22 % Cr una resistencia a la corrosión mínima del 0,2 % de unos 450 MPa (65 ksi) y un grado superdúplex un mínimo de 550 MPa (80 ksi). ^[6]

Grados de aceros inoxidables dúplex

Los aceros inoxidables dúplex se dividen generalmente en tres grupos según su resistencia a la corrosión por picaduras, caracterizada por el número de equivalencia de resistencia a las picaduras, PREN = %Cr + 3,3  %Mo + 16  %N . ^[7]

Dúplex estándar (rango PREN: 28–38): Generalmente, el grado EN 1.4462 (también llamado 2205) es típico de la gama media de propiedades y es quizás el más utilizado en la actualidad.
Súper dúplex (rango PREN: 38–45): Por lo general, se utilizan grados EN 1.4410 hasta los denominados grados hiperdúplex (PREN: >45), desarrollados posteriormente para satisfacer las demandas específicas de las industrias del petróleo y el gas, así como de las químicas. Ofrecen una resistencia y una fuerza superiores a la corrosión, pero son más difíciles de procesar porque los contenidos más altos de Cr , Mo , N e incluso W promueven la formación de fases intermetálicas, que reducen drásticamente la resistencia al impacto del acero. Un procesamiento defectuoso dará como resultado un rendimiento deficiente y se recomienda a los usuarios que traten con proveedores/procesadores de buena reputación. ^[8] Las aplicaciones incluyen la producción de petróleo en alta mar en aguas profundas.
Grados dúplex ajustados (rango PREN: 22-27): Los aceros de grado EN 1.4362, que se han desarrollado más recientemente para aplicaciones menos exigentes, en particular en el sector de la construcción, presentan una resistencia a la corrosión más próxima a la del acero austenítico estándar EN 1.4401 (con un plus de resistencia a la corrosión bajo tensión) y sus propiedades mecánicas son superiores, lo que puede suponer una gran ventaja cuando la resistencia es importante, como es el caso de puentes, recipientes a presión o tirantes.

Composiciones químicas

La composición química de los grados de la norma EN 10088-1 (2014) se muestra en la siguiente tabla: ^[9]

Propiedades mecánicas

Propiedades mecánicas según la norma europea EN 10088-3 (2014) ^[9] (para espesores de producto inferiores a 160 mm):

*para espesores ≤ 5 mm (0,20 in)

Los valores mínimos de tensión de fluencia son aproximadamente el doble de los de los aceros inoxidables austeníticos .

Por lo tanto, los grados dúplex son atractivos cuando las propiedades mecánicas a temperatura ambiente son importantes porque permiten secciones más delgadas.

Fragilización a 475 °C

Mapa EBSD con granos de austenita excluidos (blanco). La barra de escala es de 500 μm. Los colores indican la orientación del cristal y se toman de la figura del polo inverso en la esquina inferior derecha. El acero inoxidable dúplex se usa ampliamente en la industria porque posee una excelente resistencia a la oxidación, pero puede tener una tenacidad limitada debido a su gran tamaño de grano ferrítico, y tiene tendencias al endurecimiento y a la fragilización a temperaturas que varían de 280 a 500 °C, especialmente a 475 °C, donde ocurre la descomposición espinodal de la solución de ferrita sólida sobresaturada en nanofase rica en Fe ( ) y nanofase rica en Cr ( ), acompañada de precipitación de la fase G, ^[13]^[14]^[15] lo que hace que la fase de ferrita sea un sitio de iniciación preferencial para microfisuras. ^[16] ${\acute {a}}$ ${\acute {a}}{\acute {}}$

Tratamiento térmico

Los grados de acero inoxidable dúplex deben enfriarse lo más rápido posible a temperatura ambiente después del conformado en caliente para evitar la precipitación de fases intermetálicas (fase Sigma en particular) que reducen drásticamente la resistencia al impacto a temperatura ambiente, así como la resistencia a la corrosión. ^[17]

Los elementos de aleación Cr, Mo, W y Si aumentan la estabilidad y la formación de fases intermetálicas. Por lo tanto, los grados superduplex tienen un rango de temperatura de trabajo en caliente más alto y requieren velocidades de enfriamiento más rápidas que los grados duplex pobres.

Aplicaciones de los aceros inoxidables dúplex

Los aceros inoxidables dúplex se seleccionan generalmente por sus altas propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión buena a muy alta (en particular, al agrietamiento por corrosión bajo tensión).

Arquitectura
- Edificio frente al mar de Estocolmo ^[18]
- Museo del Louvre de Abu Dabi ^[19]
- La Sagrada Familia ^[20]
Infraestructura:
- Puente Helix , Singapur ^[21]
- Puente de Cala Galdana ^[22]
- Puente y túnel submarino Hong Kong-Zhuhai-Macao ^[23]
- diques, muelles, etc.
- túneles
Petróleo y gas :
- una amplia gama de equipos: líneas de flujo, colectores, elevadores, bombas, válvulas, etc. ^[24]
Pulpa y papel :
- digestores, recipientes a presión, tanques de licor, etc. ^[25]
Ingeniería química:
- recipientes a presión, intercambiadores de calor, condensadores, columnas de destilación, agitadores, buques cisterna para productos químicos marinos, etc. ^[26]
Agua:
- Plantas desalinizadoras, grandes tanques para almacenamiento de agua, tratamiento de aguas residuales ^[27]
Energía renovable: Tanques de biogás
Movilidad: chasis de tranvías y autobuses, camiones cisterna, vagones de mineral de hierro ^[5]
Ingeniería: bombas, válvulas, accesorios, resortes, etc.

Lectura adicional

TMR Stainless. Pautas prácticas para la fabricación de aceros inoxidables dúplex. 3.ª ed. Asociación Internacional del Molibdeno (IMOA); 2014.

Véase también

Referencias

^ Peckner, Donald; Bernstein, IM (1977). "Capítulo 8". Manual de aceros inoxidables . McGraw Hill. ISBN 9780070491472.
^ Lacombe, P.; Baroux, B.; Béranger, G. (1990). "capítulo 18". Les Aciers Inoxidables . Les Editions de Physique. ISBN 2-86883-142-7.
^ Asociación Internacional del Molibdeno (IMOA) (2014). Directrices prácticas para la fabricación de aceros inoxidables dúplex (PDF) . ISBN 978-1-907470-09-7– a través de www.imoa.info.
^ Charles, Jacques (2010). Actas de la Conferencia sobre acero inoxidable dúplex, Beaune (2010). EDP Sciences, París. pp. 29–82. Archivado desde el original el 2022-05-06 . Consultado el 2019-10-27 .
^ Foro Internacional del Acero Inoxidable (2020). "Aceros inoxidables dúplex" (PDF) .
^ Dr. James Fritz. "Una guía práctica para el uso de aceros inoxidables dúplex". Instituto del Níquel .
^ Asociación Británica de Acero Inoxidable. "Cálculo del Número Equivalente de Resistencia a las Picaduras (PREN)". bssa.org.uk .
^ "Centro de conocimiento — Sandvik Materials Technology" (en inglés). www.materials.sandvik . Consultado el 25 de marzo de 2019 .
^ ab "El estándar está disponible en BSI Shop".
^ "Calidades de acero inoxidable enumeradas en la norma internacional ISO 15510:2010 Designaciones comparativas de calidades con composición similar de otras normas importantes. (enumeradas por tipo de estructura de acero y por código intermedio creciente de 3 dígitos del nombre ISO)" (PDF) . Foro Internacional del Acero Inoxidable . Consultado el 10 de marzo de 2023 .
^ Mohamed Koko, A. (2022). Caracterización in situ de campo completo de concentraciones de deformación (maclas de deformación, bandas de deslizamiento y grietas) (tesis doctoral). Universidad de Oxford.
^ Koko, Abdalrhaman; Elmukashfi, Elsiddig; Becker, Thorsten H.; Karamched, Phani S.; Wilkinson, Angus J.; Marrow, T. James (15 de octubre de 2022). "Caracterización in situ de los campos de deformación de las bandas de deslizamiento intragranular en ferrita mediante difracción de retrodispersión de electrones de alta resolución". Acta Materialia . 239 : 118284. Bibcode :2022AcMat.23918284K. doi : 10.1016/j.actamat.2022.118284 . ISSN 1359-6454.
^ Örnek, Cem; Burke, MG; Hashimoto, T.; Engelberg, DL (abril de 2017). "748 K (475 °C) Fragilización del acero inoxidable dúplex: efecto sobre la microestructura y el comportamiento de fractura". Metallurgical and Materials Transactions A . 48 (4): 1653–1665. Bibcode :2017MMTA...48.1653O. doi : 10.1007/s11661-016-3944-2 . ISSN 1073-5623. S2CID 136321604.
^ Weng, K. L; Chen, H. R; Yang, J. R (15 de agosto de 2004). "La fragilización por envejecimiento a baja temperatura en un acero inoxidable dúplex 2205". Ciencia e ingeniería de materiales: A . 379 (1): 119–132. doi :10.1016/j.msea.2003.12.051. ISSN 0921-5093.
^ Beattie, HJ; Versnyder, FL (julio de 1956). "Una nueva fase compleja en una aleación de alta temperatura". Nature . 178 (4526): 208–209. Bibcode :1956Natur.178..208B. doi :10.1038/178208b0. ISSN 1476-4687. S2CID 4217639.
^ Liu, Gang; Li, Shi-Lei; Zhang, Hai-Long; Wang, Xi-Tao; Wang, Yan-Li (agosto de 2018). "Caracterización del comportamiento de deformación por impacto de un acero inoxidable dúplex envejecido térmicamente mediante EBSD". Acta Metallurgica Sinica (Cartas en inglés) . 31 (8): 798–806. doi : 10.1007/s40195-018-0708-6 . ISSN 1006-7191. S2CID 139395583.
^ Asociación Internacional del Molibdeno (IMOA). "Conformado en caliente y tratamiento térmico de aceros inoxidables dúplex" (PDF) . www.imoa.info .
^ Euro-Inox. "Fachadas innovadoras en acero inoxidable". Publicación Euro-Inox, serie Construcción . Vol. 19. p. 34. ISBN 978-2-87997-372-2.
^ Asociación Internacional del Molibdeno (2019). "Louvre Abu Dhabi: una lluvia de luz". Moly Review . N.º 1.
^ "Basílica de la Sagrada familia". Acero Inoxidable . Núm. 82. Cedinox. Junio de 2018.
^ Steel Construction Institute (2012). "Puente peatonal Helix".
^ "Puente de Cala Galdana". Instituto de Construcción en Acero. 2010.
^ "Puente Hong Kong-Zhuhai-Macao: el puente marítimo más largo del mundo". www.roadtraffic-technology.com . Consultado el 29 de abril de 2021 .
^ Zuili, D (2010). "El uso de aceros inoxidables en la industria del petróleo y el gas". Actas de la Conferencia sobre acero inoxidable dúplex : 575. Archivado desde el original el 2022-05-06 . Consultado el 2019-10-27 .
^ Chater, James (2007). "La industria de la pulpa y el papel se vuelca al dúplex" (PDF) . El mundo del acero inoxidable .
^ Notten, G (1997). Aplicación del acero inoxidable dúplex en la industria de procesos químicos (PDF) . 5.ª Conferencia mundial sobre acero inoxidable dúplex. Stainless Steel World .
^ Dirección General de Investigación e Innovación (2013). Aceros inoxidables dúplex en tanques de almacenamiento. Publicación de la UE. doi :10.2777/49448. ISBN 978-92-79-34576-0.