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Dúplex Dúplex Dúplex Dúplex

erbmoN SNU rC iN oM N C nM P S iS eF W uC **Y **S

923ISIA 00923S 82 5.4 5.1 -- *1.0 *2 *40.0 *30.0 *1 lab -- -- 08 501

06ER3 00513S 5.81 9.4 7.2 70.0 *30.0 5.1 *30.0 *30.0 7.1 lab -- -- 56 821

4032 40323S 32 5.4 3.0 01.0 20.0 -- *40.0 *40.0 -- lab -- -- 06 19

5022 30813S 22 5.5 0.3 71.0 20.0 07.0 520.0 100.0 04.0 lab -- -- 56 09

7052 05723S 52 7 4 72.0 20.0 *2.1 *530.0 *20.0 *8.0 lab -- -- 97 801

-muilarreF552 05523S 5.52 5.5 4.3 2.0 *40.0 6.1 *40.0 30.0 7.0 lab -- -- 49 421

001noreZ 06723S --4262 8-6 4-3 3.0 *30.0 *0.1 *30.0 *10.0 *0.1 lab 1-5.0 1-5.0 08 901

sulPoM7 05923S --6292

--5.32.5

-.2-15

--51.053.0 *30.0 *00.2 *530.0 010.0 06.0 lab -- -- 58 611

Composición % y propiedades mecánicas

* : valores máximos; Y: límite elástico ; S: tensión de ruptura ; ** : ksi

Las propiedades de los aceros dúplex son muy sensibles a variaciones en la composición químicaespecialmente de cromo, molibdeno, níquel y nitrógeno. El molibdeno y el nitrógeno son importantes endeterminar la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, mientras que el níquel es fundamentalpara mantener el equilibrio ferrita/austenita de la aleación. Tal es así que el 2205(S31803), que inicial-mente apareció con 22%Cr y 3%Mo y luego fue disminuyendo hasta los valores límite permitidos(perdiendoen propiedades), fue reemplazado por el 2205(S32205) con un mínimo de 22%Cr y 3%Mo subiendo

también el valor mínimo de nitrógeno de 0.08%N a 0.14%N, por necesidad de los usuarios.

Descripción

Los aceros dúplex tie-nen hoy unos 60 años. Los pri-meros tipos como AISI 329 pre-sentaban poca soldabilidad. Elpopular 3RE60 un dúplex de lasprimeras generaciones, usadoen las refinerías de petróleo, hasido reemplazado por elS31803(2205) con mayorsoldabilidad y resistencia a lacorrosión, por sus mayores ni-veles de cromo y nitrógeno.

Dúplex 2304Pertenece al grupo de aceros dúplex sin Mo, de alta resisten-

cia mecánica (S= 91 ksi) y dureza ( 230 Brinell), perfectamenteequilibrado en su composición para lograr aproximadamente 50%de fase ferrita y 50% de fase austenita. La austenita es estable y serestituye espontáneamente en la zona afectada por el calor en unasoldadura.

Combina las propiedades de los aceros ferríticos yausteníticos. El alto contenido de cromo le confiere una gran re-

2304 2304 2304 2304 2304

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2304 2304 2304 2304 2304

sistencia a la corrosión por picaduras, por grietas y corrosión uniforme. Su microestructura dúplexgarantizan una gran resistencia a la corrosión bajo tensión.

Se utiliza tanto recocido como templado(950-1050ºC). Puede ser trabajado(formado) en frío, aligual que los aceros austeníticos, pero con mayor esfuerzo debido a su mayor límite elástico(Y=60 ksi).El trabajo en frío produce un endurecimiento de la aleación. También puede ser trabajado en caliente(1100-950ºC) seguido por un recocido y templado. Durante su uso, no debe ser expuesto a temperaturassobre 300ºC por períodos largos de tiempo.

Tiene buena soldabilidad sin requerir tratamiento térmico después de la soldadura. Como electro-do puede usarse tanto 2304 como 2205.

Corrosión uniformeLa resistencia a la corrosión uniforme, en

ácido sulfúrico, descrita habitualmente por lascurvas de isocorrosión a 0.1 mm/año, es parael acero 2304 superior al acero 316 tal como seindica en la figura.

Corrosión por picaduraLa resistencia a la corrosión por picadura

se expresa por la temperatura crítica(CPT) a lacual y sobre la cual se producen picaduras y porel número PREN (pitting resistance equivalentnumber). Esta depende del contenido de cromo,molibdeno y nitrógeno. La figura adjunta a la de-recha muestra el comportamiento de varios ma-teriales frente a una disolución de cloruro de sodio58.5 g/L.

El 2304 tiene un CPT comparable al del316L e inferior al 2205. Su valor de PREN es 26,similar al 316L, lo que está por debajo de 34 ellímite inferior de PREN necesario para resistiragua de mar a temperatura ambiente.

Corrosión bajo tensiónEl cloruro puede producir corrosión bajo tensiónespecialmente a alta temperatura en los acerosinoxidables austeníticos. El acero 2304 por suestructura dúplex, es mucho más resistente a estetipo de ataque. Las pruebas de laboratorio some-ten la muestra de material mantenida a 100ºC ytensionada, a un constante goteo y evaporaciónde una disolución de cloruro de sodio. Aquél va-lor de tensión(L) que produce una falla del mate-rial a las 500 horas se registra y expresa como unporcentaje de la tensión de ruptura a 200ºC delacero. En estas pruebas el 2304 resulta muy su-perior al acero 304 (L=7%), al acero 316 (L=9%)y del mismo orden que el 2205 (L=41%).

Corrosión intergranularEl bajísino contenido de carbono evita la precipi-tación de carburos y nitruros de cromo, en loslímites de grano, al ser calentado durante la sol-dadura (fenómeno responsable de la corrosiónintergranular). Después de la soldadura, laaustenita se restituye espontáneamente mante-niéndose el equilibrio de la aleación.

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2205 2205 2205 2205 2205

Dúplex 2205

Pertenece al grupo de los aceros dúplex22Cr con un 3% de molibdeno y un 0.17% de ni-trógeno. El contenido de cromo, níquel ymolibdeno le confiere una gran resistencia a lacorrrosión uniforme y corrosión por picadura y grie-tas, en ambientes de cloruro, con un número PREN= 35,8. Muy superior a un 316 o 317. Tambiénpresenta una gran resistencia a la corrosión bajotensión en ambientes de súlfuro de hidrógeno.

El contenido de nitrógeno mejora la resis-tencia a la corrosión de las soldaduras, no siendonecesario el tratamiento térmico después de sol-dar.

Su resistencia mecánica(S=90 ksi) esaproximadamente el doble de la de un acero inoxi-dable austenítico, lo que permite utilizar menoresespesores y economizar en material. Posee unabuena soldabilidad y mayor dureza(247 Brinell).

Se puede utilizar las mismas técnicas desoldadura de los aceros austeníticos(SMAW, TIG,MIG, plasma) pero con ciertas precauciones como:no precalentar la pieza, dejar enfriar por debajode 150ºC antre cada pasada, ajustar la energíaaplicada al rango 1.0-2.5 kJ/mm para mentener elequilibrio ferrita/austenita de la aleación.

Puede ser formado en caliente(950-1150ºC). Estando expuesto a 700-975ºC formafase sigma, de 450-800ºC precipitan carburos yde 350-525ºC se vuelve quebradizo. Después deformado en caliente debe ser sometido a unrecocido(1020-1100ºC) y templado.

También puede ser trabajado en frío, perocon mayor dificultad que un acero austenítico porsu mayor límite elástico. Si una deformación enfrío excede el 10% se recomienda un recocido.Se puede aplicar un tratamiento térmico para li-berar tensiones en el rango 550-600ºC.

Como acero dúplex es relativamente másfácil de maquinar con herramientas de acero rápi-do que con herramientas de carburo cementadoen relación a un acero inoxidable austenítico desimilar contenido de aleación.

Corrosión uniformeEs resistente a ácidos reductores diluidos(ác.sulfúrico) y a ácidos oxidantes en concentra-ción media a alta. Resiste ácidos orgánicos dilui-dos pero a mayores concentraciones y altas tem-peraturas se debe tener precaución.

anóiculosiDnóicillube

oña/mmnóisorrocdadicoleV

613 5022

esab .dlos esab .dlos

%02ocitéca.c 1a 0.0< 10.0< 10.0< 10.0<

%54ocimróf.ca 06.0 35.0 10.0 10.0

%1ocirdíhrolc.ca 20.0 16.1 20.0 20.0

%56ocirtín.ca 65.0 64.0 25.0 94.0

%01ociláxo.ca 22.1 31.1 02.0 31.0

%02ocirófsof.ca 20.0 30.0 20.0 30.0

ocidósotaflusib%01 26.1 34.1 56.0 15.0

ocidósodixórdih%05 79.1 71.2 16.0 75.0

ocimáflusodicá%01 51.3 30.3 65.0 44.0

%01ocirúflus.ca 1.61 7.61 32.5 80.5

Corrosión bajo tensiónMientras los aceros inoxidables ferríticos

son prácticamente inmunes al cracking causadopor cloruros, los aceros inoxidables austeníticosque contienen níquel son muy susceptibles a estetipo de corrosión. Los aceros dúplex se compor-tan en forma intermedia. Es la fase ferrita en el2205 que contiene menor cantidad de níquel quela fase austenítica, la que le confiere la resisten-cia a la corrosión bajo tensión por cloruro, siendosubstancialmente superior a la serie 300 de losinoxidables austeníticos. Por ejemplo con una di-solución de cloruro de litio 33% a ebullición el304L falló a las 96 Hrs, el 439 pasó las 2000 hrsy el 2205 pasó las 1000 hrs

2205 2205 2205 2205 2205

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Corrosión intergranularPor su bajo contenido de carbono el riesgo de precipitación de carburos y nitruros de cromo es

mínimo pòr lo que tiene una gran resistencia a la corrosión intergranular. La composición de la aleaciónasegura que la austenita se restituye después de la soldadura. Un test (ASTM A262B) comparativo paracorrosión intergranular da velocidades de corrosión de 1.16 mm/año para 316, 2.08 mm/año para el 3RE60y sólo 0.52 mm/año para el 2205.

Corrosión por picaduraLa resistencia a la corrosión por picaduras y por grietas aumenta al aumentar el contenido de cromo,

molibdeno y nitrógeno del acero. En pruebas con cloruro de sodio 58.5 g/L la temperatura crítica de picadu-ra es de 50ºC muy superior a los 26ºC del acero inoxidable 316.

2507 2507 2507Dúplex 2507Pertenece al grupo de los aceros dúplex 25Cr

o superdúplex con un 4% de molibdeno y un 0.27%de nitrógeno. El mayor contenido de cromo, níquel ymolibdeno le confiere una mayor resistencia a lacorrrosión uniforme y corrosión por picadura y grie-tas, en ambientes de cloruro, con un número PREN= 42.5 superior al dúplex 2205, al 316 y 317. Suresistencia mecánica también es superior (S=108ksi).

Si es recocido(1050-1125ºC) y templado laaleación contiene 30-50% de fase ferrita y el restoes austenita. Los aceros dúplex son más suscepti-bles a la precipitación de carburos, entre granos dela aleación, que los aceros austeníticos. Sometido aun calentamiento de 700-1000ºC puede haber for-mación de fase sigma y en el rango 325-520ºC sepuede tornar quebradizo. Sin embargo en las opera-ciones normales de soldadura y calentamiento lamicroestructura no forma ningún precipitado o faseque pueda producir fragilidad.

Se puede formar en caliente(1025-1200 ºC)seguido de un recocido y templado. Para el formadoen frío se requiere más esfuerzo que para los ace-ros austeníticos normales. Si una deformación enfrío excede el 10% se recomienda un recocido.Un recocido para disolución de precipitados se debeaplicar como mínimo a 1050ºC.

Tiene buena soldabilidad con las técnicasSMAW, TIG, PAW, SAW. Como material de rellenodebe usarse un metal que preserve la estructura

dúplex.

Corrosión uniformeTiene excelente resistencia a la corrosión porácidos inorgánicos y ácidos orgánicos comoácido fórmico y ácido acético.

En ácido sulfúrico diluido, contaminadocon 2000 ppm de cloruro, el dúplex 2507 tienemayor resistencia a la corrosión(hasta 20% deácido) que el aceroo 904L especialmente dise-ñado para el ácido sulfúrico puro y es superior alacero 254SMO, hasta 17% de ácido, como seilustra en la curva de isocorrosión a 0.1 mm/añoadjunta.

2507 2507 2507 2507 2507

Corrosión por picaduraEn pruebas con una disolución agresiva de 58.5g/L de cloruro de sodio, la temperatura crítica depicadura CPT es para el acero 2507 de 90ºC(igualque para el acero 254SMO) superior a los 60ºCdel 904L, 50ºC del 2205 y 18ºC del 316L. Estamayor resistencia a las picaduras por cloruro sedebe al mayor nivel de cromo, molibdeno y nitró-geno.

Corrosión por grietasEn pruebas con una disolución de cloruro férrico10% la temperatura crítica de corrosión por grietaCCT es para el acero 2507 de 43ºC(igual que parael acero 254SMO) superior a los 25ºC del 2205,

18ºC del 904L y 0ºC del 316L

Corrosión bajo tensiónEl cloruro puede producir corrosión bajo tensiónespecialmente a alta temperatura en los acerosinoxidables austeníticos. El acero 2507 por suestructura dúplex es mucho más resistente a estetipo de ataque que un acero austenítico. Las prue-bas de laboratorio someten la muestra de mate-rial mantenida a 100ºC y tensionada, a un cons-tante goteo y evaporación de una disolución decloruro de sodio. Aquél valor de tensión(L) queproduce una falla del material a las 500 horas seregistra y expresa como un porcentaje de la ten-sión de ruptura a 200ºC del acero. En estas prue-bas el 2507 resulta muy superior al acero 2205(L=41%), al acero 316L (L=8%) y del mismo or-

den que el 904L (L=75%).

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Cracking por sulfuroLa combinación de cloruro con súlfuro de hidrógeno es especialmente agresiva y conduce a corrosiónbajo tensión o cracking en los aceros ferríticos y en ciertos aceros austeníticos. Este tipo de ambiente seencuentra en la producción de petróleo y gas natural. El acero dúplex 2507 tiene suficiente resistencia aeste tipo de ataque si se cumplen ciertas condiciones: estado recocido hasta disolución, dureza pordebajo de 32 HRC(Rockwell escala C), temperatura por debajo de 232ºC y presión de súlfuro de hidróge-

no por debajo de 1.5 psi (100 mbar).

Aplicaciones

2304

-Tubos intercambiadores decalor-Evaporadores-Digestores-Cañería para agua-Calentadores de agua-Tanques para agua caliente-Contenedores de carga

2205

-Tubos en plantasdesalinizadoras-Intercambiadores de calor-Cañerías en industria depetróleo y gas-Tanques presurizados ycañerías en industria quími-ca-Estanques para transportede químicos

2507

-Plantas petroquímicas-Plantas desalinizadoras-Industria de petróleo y gas-Intercambiadores de calor-Estructuras en ambientesmarinos-Equipos para purificaciónde gases de combustión-Sistemas de agua contraincendio en plataformas deperforación.