El acero inoxidable dúplex combina las características del acero inoxidable austenítico y ferrítico. En comparación con el acero inoxidable ferrítico, tiene mayor plasticidad y tenacidad, sin fragilidad a temperatura ambiente, resistencia a la corrosión intergranular y rendimiento de soldadura significativamente mejorados. Al mismo tiempo, mantiene la fragilidad a 475 °C y la alta conductividad térmica del acero inoxidable ferrítico, y tiene características como superplasticidad. En comparación con el acero inoxidable austenítico, tiene mayor resistencia y resistencia significativamente mejorada a la corrosión intergranular y a la corrosión bajo tensión de cloruros. El acero inoxidable de fase dual tiene excelente resistencia a la corrosión por picaduras y también es un acero inoxidable que ahorra níquel.
1. Desarrollo histórico
Desde su nacimiento en los Estados Unidos en la década de 1940, el acero inoxidable dúplex se ha desarrollado hasta su tercera generación. Su característica principal es que su límite elástico puede alcanzar los 400-550MPa, que es el doble que el del acero inoxidable ordinario, lo que permite ahorrar materiales y reducir los costos de fabricación de equipos. En términos de resistencia a la corrosión, especialmente en entornos de medios agresivos como el agua de mar con alto contenido de iones de cloruro, la resistencia a la corrosión por picaduras, corrosión en grietas, corrosión bajo tensión y fatiga por corrosión del acero inoxidable dúplex es significativamente mejor que la del acero inoxidable austenítico ordinario, y puede ser comparable al acero inoxidable austenítico de alta aleación.
2. Características de rendimiento
Debido a las características de la estructura de dos fases, al controlar correctamente la composición química y el proceso de tratamiento térmico, el acero inoxidable dúplex combina las ventajas del acero inoxidable ferrítico y austenítico. Combina la excelente tenacidad y soldabilidad del acero inoxidable austenítico con la alta resistencia y resistencia a la corrosión bajo tensión de cloruros del acero inoxidable ferrítico. Son estas propiedades superiores las que han llevado al rápido desarrollo del acero inoxidable dúplex como material estructural soldable. Desde la década de 1980, se ha convertido en una clase de acero a la par con los aceros inoxidables martensíticos, austeníticos y ferríticos. El acero inoxidable de fase dual tiene las siguientes características de rendimiento:
(1) El acero inoxidable dúplex que contiene molibdeno exhibe una excelente resistencia a la corrosión bajo tensión de cloruros bajo bajo estrés. Generalmente, el acero inoxidable austenítico 18-8 es propenso a agrietarse por corrosión bajo tensión en soluciones de cloruros neutros por encima de 60 °C. Los intercambiadores de calor, evaporadores y otros equipos fabricados con este tipo de acero inoxidable en medios industriales con trazas de cloruros y sulfuro de hidrógeno tienden a experimentar agrietamiento por corrosión bajo tensión, mientras que el acero inoxidable dúplex tiene buena resistencia.
(2) El acero inoxidable dúplex que contiene molibdeno tiene buena resistencia a la corrosión por picaduras. Cuando tiene el mismo valor equivalente de resistencia a la picadura (PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%), el potencial crítico de picadura del acero inoxidable dúplex es similar al del acero inoxidable austenítico. La resistencia a la corrosión por picaduras y grietas del acero inoxidable dúplex de alto cromo que contiene 25% de Cr, especialmente nitrógeno, supera la del AISI 316L.
(3) Tiene buena resistencia a la fatiga por corrosión y al desgaste por corrosión. Adecuado para la fabricación de equipos de energía como bombas y válvulas bajo ciertas condiciones de medios corrosivos.
(4) Buen rendimiento mecánico integral. Tiene alta resistencia y resistencia a la fatiga, con un límite elástico dos veces mayor que el del acero inoxidable austenítico 18-8. La tasa de elongación del estado de solución sólida alcanza el 25%, y el valor de tenacidad AK (ranura en V) está por encima de 100J.
3. Estructura y Tipo
El acero inoxidable de fase dual tiene las características tanto del acero inoxidable austenítico como del acero inoxidable ferrítico debido a su estructura de fase dual de austenita y ferrita, y el contenido de las dos fases es básicamente el mismo. El límite elástico puede alcanzar 400Mpa~550MPa, que es el doble que el del acero inoxidable austenítico ordinario. En comparación con el acero inoxidable ferrítico, el acero inoxidable dúplex tiene mayor tenacidad, menor temperatura de transición frágil, resistencia a la corrosión intergranular significativamente mejorada y rendimiento de soldadura; al mismo tiempo, conserva algunas características del acero inoxidable ferrítico, como fragilidad a 475 °C, alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión lineal, superplasticidad y magnetismo. En comparación con el acero inoxidable austenítico, el acero inoxidable dúplex tiene mayor resistencia, especialmente una mejora significativa en el límite elástico, y mejoras significativas en propiedades como la resistencia a la corrosión por picaduras, resistencia a la corrosión bajo tensión y resistencia a la fatiga por corrosión.
El acero inoxidable de fase dual se puede clasificar en cuatro tipos según su composición química: tipo Cr18, tipo Cr23 (excluyendo Mo), tipo Cr22 y tipo Cr25. Para el acero inoxidable dúplex Cr25, se puede dividir en tipo ordinario y acero inoxidable súper dúplex, entre los cuales el tipo Cr22 y el tipo Cr25 son más comúnmente utilizados. El acero inoxidable dúplex utilizado en China se produce principalmente en Suecia, con grados específicos que incluyen 3RE60 (tipo Cr18), SAF2304 (tipo Cr23), SAF2205 (tipo Cr22) y SAF2507 (tipo Cr25).
4. Clasificación
El primer tipo pertenece al tipo de baja aleación, representado por el grado UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N), que no contiene molibdeno en el acero y tiene un valor PREN de 24-25. Puede reemplazar AISI304 o 316 en términos de resistencia a la corrosión bajo tensión.
El segundo tipo pertenece al tipo de aleación media, representado por el grado UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N), con un valor PREN de 32-33. Su resistencia a la corrosión está entre AISI 316L y 6% Mo+N acero inoxidable austenítico.
El tercer tipo pertenece al tipo de alta aleación, generalmente contiene 25% Cr, así como molibdeno y nitrógeno, y algunos también contienen cobre y tungsteno. El grado estándar es UNSS32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N), con un valor PREN de 38-39. La resistencia a la corrosión de este tipo de acero es mayor que la del acero inoxidable dúplex con 22% Cr.
El cuarto tipo pertenece al tipo de acero inoxidable súper dúplex, que contiene alto molibdeno y nitrógeno. El grado estándar es UNS S32750 (25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N), y algunos también contienen tungsteno y cobre. El valor PREN es mayor de 40, lo que puede usarse en condiciones de medio severo y tiene buena resistencia a la corrosión y rendimiento mecánico integral, comparable al acero inoxidable súper austenítico.
5. Características de soldadura
El acero inoxidable de fase dual tiene buen rendimiento de soldadura. En comparación con el acero inoxidable ferrítico y el acero inoxidable austenítico, no tiene la zona afectada por el calor de soldadura del acero inoxidable ferrítico, lo que reduce en gran medida la plasticidad y la tenacidad debido al severo engrandecimiento de grano, ni es sensible a las grietas calientes de soldadura como el acero inoxidable austenítico.
Debido a sus ventajas únicas, el acero inoxidable dúplex se utiliza ampliamente en campos industriales como equipos petroquímicos, equipos de tratamiento de agua de mar y aguas residuales, tuberías de petróleo y gas, maquinaria de papel, etc. En los últimos años, también se ha estudiado para su uso en estructuras de carga de puentes y tiene grandes perspectivas de desarrollo.
Los problemas de rendimiento de soldadura que a menudo surgen con el "acero dúplex económico" no son un problema. Sin embargo, soldar acero dúplex estándar no es un problema, y independientemente del proceso utilizado, hay materiales de soldadura adecuados para estas aplicaciones. Desde una perspectiva metalográfica, soldar 2101 (1.4162) no es un problema en absoluto. De hecho, es incluso más fácil de soldar que el acero dúplex de grado estándar porque este material puede soldarse utilizando el proceso de soldadura con acetileno. Para los materiales de acero dúplex estándar, este proceso siempre debe evitarse. El problema real al soldar 2101 es que la viscosidad del baño de fusión es diferente, por lo que la humectabilidad es ligeramente peor. Esto obliga a los operadores a usar más la soldadura por arco durante el proceso de soldadura, que es precisamente donde radica el problema. Aunque se puede compensar seleccionando superaleaciones, a menudo queremos elegir materiales de soldadura coincidentes.
6. Material y grado
Muchos grados de acero inoxidable dúplex se han añadido al nuevo estándar GB/T 20878-2007 "Grados de Acero Inoxidable y Acero Resistente al Calor y Composición Química" en China. Por ejemplo: 14Cr18Ni11Si4AlTi 022Cr19Ni5Mo3Si2N, 12Cr21Ni5Ti. Se pueden encontrar más grados en el estándar.
Además, el famoso acero dúplex 2205 es equivalente al 022Cr23Ni5Mo3N de China.
Finalmente, algunas páginas web e incluso artículos se refieren erróneamente al acero inoxidable dúplex como acero inoxidable dúplex. Bifásico se refiere a la presencia de dos tipos de estructuras metalográficas, en lugar de "orientación" direccional.
Composición química
| Grado |
C≤ |
Mn≤ |
Si≤ |
S≤ |
P≤ |
Cr≤ |
Ni |
Mo |
Cu≤ |
N |
| S32750(SAF2507) |
0.03 |
1.2 |
0.8 |
0.02 |
0.035 |
24.0/26.0 |
6.0/8.0 |
3.0/5.0 |
0.5 |
0.24/0.32 |
| 00Cr25Ni7Mo4N |
||||||||||
| S31803(SAF2205) |
0.03 |
2 |
1 |
0.02 |
0.03 |
21.0/23.0 |
4.50/6.50 |
2.50/3.50 |
0.08/0.20 |
|
| 00Cr22Ni5Mo3N |
||||||||||
| S31500(3RE60) |
0.03 |
1.2/2.00 |
1.4/2.00 |
0.03 |
0.03 |
18.0/19.0 |
4.25/5.25 |
2.50/3.00 |
0.05/0.10 |
|
| 00Cr18Ni5Mo3Siz |
7. Requisitos para la selección de material de soldadura
El material de soldadura utilizado para el acero inoxidable dúplex se caracteriza por una estructura dúplex dominada por austenita en la costura de soldadura, con los principales elementos resistentes a la corrosión (cromo, molibdeno, etc.) teniendo un contenido equivalente al del material base, asegurando así una resistencia a la corrosión comparable al material base. Para asegurar el contenido de austenita en la soldadura, generalmente es necesario aumentar el contenido de níquel y nitrógeno, es decir, aumentar el equivalente de níquel en aproximadamente un 2% a un 4%. En los materiales base de acero inoxidable dúplex, generalmente hay una cierta cantidad de contenido de nitrógeno, y también es deseable tener un cierto contenido de nitrógeno en los materiales de soldadura, pero no debe ser demasiado alto, de lo contrario ocurrirá porosidad. Esto hace que el alto contenido de níquel sea una diferencia importante entre el material de soldadura y el material base.
Elija varillas de soldadura que coincidan con la composición química del metal base según los diferentes requisitos de resistencia a la corrosión y tenacidad de la junta. Por ejemplo, al soldar acero inoxidable dúplex Cr22, se pueden usar varillas de soldadura Cr22Ni9Mo3 como las varillas de soldadura E2209. Al usar varillas de soldadura ácidas, la eliminación de escoria es excelente y la costura de soldadura es estéticamente agradable, pero la tenacidad al impacto es baja. Cuando se requiere alta tenacidad al impacto para el metal de soldadura y se requiere soldadura en todas las posiciones, se deben usar varillas de soldadura alcalinas. Al soldar el fondo de la raíz, generalmente se utilizan varillas de soldadura alcalinas. Cuando hay requisitos especiales para la resistencia a la corrosión del metal de soldadura, también se deben usar electrodos alcalinos con composición de acero súper dúplex.
Para el alambre de soldadura con gas sólido, mientras se asegura que el metal de soldadura tenga buena resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas, también se debe prestar atención a su rendimiento en el proceso de soldadura. Para el alambre tubular, cuando se requiere que la formación de la soldadura sea hermosa, se puede usar alambre tubular de tipo rutilo o calcio de titanio. Cuando se requiere alta tenacidad al impacto o soldadura bajo condiciones de alta restricción, se debe usar alambre tubular con alta alcalinidad.
Para la soldadura por arco sumergido, es aconsejable usar alambres de soldadura con diámetros más pequeños para lograr soldaduras de múltiples capas y múltiples pasadas bajo especificaciones de soldadura pequeñas y medianas, a fin de prevenir la fragilización de la zona afectada por el calor de la soldadura y el metal de soldadura, y usar fundentes alcalinos a juego.
