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 las caras) y ferrita (red cúbica centrada en el cuerpo) en proporciones aproximadamente iguales.

Proporcionan una mejor resistencia a la corrosión, en particular a la corrosión bajo tensión por cloruros y a la corrosión por picaduras por cloruros, y una mayor resistencia que los aceros inoxidables austeníticos estándar como el A2/304 o el A4/316 . Las principales diferencias en la composición, en comparación con el acero inoxidable austenítico, son que los aceros dúplex tienen un mayor contenido de cromo, 20–28%; mayor molibdeno, hasta un 5%; menor níquel, hasta un 9% y 0,05–0,50% de nitrógeno. Tanto el bajo contenido de níquel como la alta resistencia (que permite utilizar secciones más delgadas) ofrecen importantes ventajas en cuanto a costes. Los aceros dúplex también tienen mayor resistencia. Por ejemplo, un acero inoxidable tipo 304 tiene un límite elástico al 0,2 % de aproximadamente 280 MPa (41 ksi) , un acero inoxidable dúplex con un 22 % de Cr tiene un límite elástico mínimo al 0,2 % de unos 450 MPa (65 ksi) y un acero inoxidable superdúplex tiene un límite elástico mínimo de 550 MPa (80 ksi) . ^{[ 6 ]}      

Los aceros dúplex se utilizan ampliamente en la industria petrolera y gasística marina para sistemas de tuberías, colectores, columnas ascendentes, etc., y en la industria petroquímica para oleoductos y recipientes a presión.

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 picaduras, PREN = %Cr + 3,3 %Mo + 16 %N . ^{[ 7 ]}

Dúplex estándar (rango PREN : 28–38)

Normalmente se utiliza la norma EN 1.4462 (también llamada 2205). Es típica de las propiedades de gama media y quizás sea la más utilizada actualmente.

Superdúplex (rango PREN : 38–45)

Normalmente, el grado EN 1.4410 hasta los denominados grados hiperdúplex (PREN: >45) se desarrollaron posteriormente para satisfacer las demandas específicas de las industrias del petróleo y el gas, así como las de la industria química. Ofrecen una resistencia superior a la corrosión y una mayor resistencia mecánica, 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 trabajen con proveedores/procesadores de buena reputación. ^{[ 8 ]} Las aplicaciones incluyen la producción de petróleo en aguas profundas en alta mar.

Grados dúplex bajos (rango PREN : 22–27)

Los aceros inoxidables de grado EN 1.4362, desarrollados más recientemente para aplicaciones menos exigentes, especialmente en la industria de la construcción, presentan una resistencia a la corrosión similar a la del acero austenítico estándar EN 1.4401 (con una mayor resistencia a la corrosión bajo tensión ) y propiedades mecánicas superiores. Esto representa una gran ventaja cuando la resistencia es un factor crucial, como en puentes, recipientes a presión o tirantes.

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

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 pulg.)  

Los valores mínimos de límite elástico son aproximadamente el doble que los de los aceros inoxidables austeníticos .

Por lo tanto, los aceros dúplex resultan atractivos cuando las propiedades mecánicas a temperatura ambiente son importantes, ya que permiten obtener secciones más delgadas.

Mapa de difracción de electrones retrodispersados ​​de acero inoxidable dúplex endurecido durante 128 horas, donde la fase ferrítica forma la matriz y los granos de austenita se encuentran esporádicamente dispersos. La fracción volumétrica de la fase ferrítica es del 58 %. ^{[ 11 ]}

Mapa EBSD con los granos de austenita excluidos (blanco). La barra de escala es de 500 μm. Los colores indican la orientación del cristal y se obtienen de la figura de polos inversa en la esquina inferior derecha. ^{[ 12 ]}

El acero inoxidable dúplex se utiliza 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 tienen tendencias de endurecimiento y fragilización a temperaturas que van desde 280 a 500  °C, especialmente a 475  °C, donde se produce la descomposición espinodal de la solución de ferrita sólida sobresaturada en nanofase rica en Fe (${\displaystyle {\acute {a}}}$) y nanofase rica en Cr (${\displaystyle {\acute {a}}{\acute {}}}$), acompañada de precipitación de fase G, ocurre, ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} lo que hace que la fase ferrítica sea un sitio de iniciación preferencial para microfisuras. ^{[ 16 ]}

Los aceros inoxidables dúplex deben enfriarse lo más rápidamente posible a temperatura ambiente después del conformado en caliente para evitar la precipitación de fases intermetálicas (en particular, la fase sigma), 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 aceros superdúplex tienen un rango de temperatura de trabajo en caliente más elevado y requieren velocidades de enfriamiento más rápidas que los aceros dúplex de baja aleación.

Los aceros inoxidables dúplex suelen seleccionarse por sus elevadas propiedades mecánicas y su buena o muy alta resistencia a la corrosión (en particular, a la fisuración por corrosión bajo tensión).

• Arquitectura
  • Edificio del paseo marítimo de Estocolmo ^{[ 18 ]}
  • Louvre Abu Dhabi ^{[ 19 ]}
  • La Sagrada Familia ^{[ 20 ]}
• Infraestructura:
  • Puente Helix , Singapur ^{[ 21 ]}
  • Puente de Cala Galdana ^{[ 22 ]}
  • Puente Hong Kong-Zhuhai-Macao y túnel submarino ^{[ 23 ]}
  • malecones, 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 líquido, 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: depósitos de biogás
• Movilidad: tranvías y chasis de autobuses, camiones cisterna, vagones de mineral de hierro ^{[ 5 ]}
• Ingeniería: bombas, válvulas, accesorios, resortes, etc.
• Los aceros inoxidables dúplex y superdúplex también están disponibles en una variedad de formatos comerciales, como barras, tuberías, placas, bridas, accesorios y elementos de fijación. Se utilizan grados frecuentes, seleccionados en función de su resistencia mecánica y a la corrosión. Estos formatos y grados son adecuados para una amplia gama de aplicaciones industriales, incluyendo el procesamiento químico, el sector marítimo y las plataformas marinas.

• Acero inoxidable dúplex endurecido por envejecimiento
• Descomposición espinodal

• Acero inoxidable TMR. Guía práctica para la fabricación de aceros inoxidables dúplex . 3.ª ed. Asociación Internacional del Molibdeno (IMOA); 2014.