2205 vs 2507 – Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

Los aceros inoxidables dúplex 2205 y 2507 se comparan frecuentemente cuando los diseñadores y los equipos de compras deben equilibrar la resistencia a la corrosión, la resistencia mecánica, la soldabilidad y el costo del ciclo de vida. Entre los contextos de decisión típicos se incluyen la selección de tuberías y equipos de superficie para plataformas marinas, el diseño de plantas químicas, componentes sometidos a presión y cualquier aplicación donde la corrosión bajo tensión por cloruros o la corrosión por picaduras sean un problema.

La principal diferencia práctica radica en que la aleación 2507 es una aleación «superdúplex» con un mayor contenido de aleación (principalmente cromo, molibdeno y nitrógeno) y, por consiguiente, mayor resistencia y resistencia a la corrosión, mientras que la 2205 es una aleación dúplex de uso común que ofrece un equilibrio económico entre tenacidad, ductilidad y resistencia a la corrosión. Estas diferencias hacen que las aleaciones 2205 y 2507 sean opciones habituales para aplicaciones similares, y la selección se basa en la importancia relativa de la resistencia y la resistencia a la corrosión frente al coste y la facilidad de fabricación.

1. Normas y designaciones

• Normas y designaciones comunes:
• ASTM/ASME: 2205 (variantes UNS S32205 / S31803), 2507 (UNS S32750 / S32760 dependiendo de la composición química exacta)
• EN: 1.4462 (2205), 1.4410 / 1.4501 a veces se hace referencia a variantes superdúplex (equivalentes de la familia 2507)
• JIS/GB: existen equivalentes nacionales, pero para las adquisiciones internacionales se utilizan UNS/EN/ASTM.
• Clasificación:
• Tanto el 2205 como el 2507 son aceros inoxidables; específicamente, son aceros inoxidables dúplex (microestructuras mixtas de austenita y ferrita). No son aceros al carbono, aceros para herramientas ni aleaciones HSLA.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos de los principales elementos de aleación utilizados para distinguir el acero 2205 (dúplex estándar) del 2507 (superdúplex). Los valores se presentan como rangos típicos en porcentaje en peso y son representativos de la práctica industrial; los límites exactos dependen de las especificaciones y del fabricante.

Elemento	2205 (típico)	2507 (típico)
do	≤ 0,03	≤ 0,03
Minnesota	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
PAG	≤ 0,03	≤ 0,03
S	≤ 0,02	≤ 0,02
Cr	21,5 – 23,5	24.0 – 26.0
Ni	4,5 – 6,5	6.0 – 8.0
Mes	2,5 – 3,5	3.0 – 5.0
V	rastro	rastro
Nótese bien	— (no añadido intencionadamente)	— (no es típico)
Ti	—	—
B	—	—
norte	0,14 – 0,20	0,24 – 0,32

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El cromo aumenta la estabilidad de la película pasiva y la resistencia general a la corrosión/picaduras. - El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas y contribuye a la PREN. - El nitrógeno es un potente estabilizador de la austenita en las aleaciones dúplex, aumenta la resistencia a la fluencia, mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y reduce el contenido de níquel necesario. - El níquel equilibra las fracciones de fase (promueve la austenita) y mejora la tenacidad. - El mayor contenido de Cr, Mo y N en 2507 proporciona una mejor resistencia a la corrosión y una mayor resistencia (pero también una mayor templabilidad).

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

• Microestructuras típicas:
• Ambas calidades están diseñadas para presentar una microestructura bifásica de aproximadamente 50 % de ferrita y 50 % de austenita en estado de recocido de solubilización. El equilibrio exacto de fases depende de la composición química y del historial térmico.
• El 2205 normalmente logra un equilibrio dúplex estable con prácticas de fusión convencionales; el 2507 requiere un control más estricto de la composición y el procesamiento térmico para evitar un exceso de ferrita y asegurar una formación suficiente de austenita.
• Tratamiento térmico y procesamiento:
• Reacondicionamiento/recocido de solución estándar: calentar hasta el rango de recocido de solución (generalmente ≈ $1020–1100^\circ\text{C}$) seguido de un enfriamiento rápido (enfriamiento en agua) para restaurar el equilibrio dúplex y disolver las fases intermetálicas.
• El procesamiento termomecánico (laminación controlada, forjado) afecta el tamaño y la distribución de las fases; ambos grados se pueden producir en placas y barras con las propiedades mecánicas deseadas controlando los ciclos de laminación/recocido.
• El envejecimiento o el enfriamiento lento a través de $300–1000^\circ\text{C}$ promueve fases intermetálicas (sigma, chi) y nitruros que fragilizan el material; el 2507, debido a su mayor aleación, requiere un estricto control térmico para evitar estos precipitados y mantener la tenacidad.
• Endurecimiento:
• El mayor contenido de aleación y nitrógeno del 2507 aumenta la templabilidad; esto afecta la respuesta de la ZAT de la soldadura y promueve una mayor resistencia en las regiones enfriadas.

4. Propiedades mecánicas

A continuación se muestran rangos representativos de propiedades mecánicas para productos recocidos en solución (placas, barras o tubos) en sus presentaciones más comunes. Las propiedades reales dependen de la forma del producto, el procesamiento y la norma de ensayo.

Propiedad	2205 (típico)	2507 (típico)
Resistencia a la tracción (UTS)	620 – 850 MPa	850 – 1000 MPa
Límite elástico (0,2% de prueba)	450 – 620 MPa	650 – 850 MPa
Alargamiento (A%)	20 – 35%	10 – 25%
Resistencia al impacto (Charpy, temperatura ambiente)	Generalmente buenas; valores a menudo de 50 a 120 J (dependiendo de la sección/calor).	Generalmente inferior a 2205 con un espesor comparable; valores variables de 30 a 100 J
Dureza (HRC)	~20 – 30 HRC (conversiones típicas)	~25 – 36 HRC (mayor debido a la resistencia)

Interpretación: - Resistencia: El acero 2507 es sustancialmente más resistente tanto en límite elástico como en resistencia a la tracción debido a su mayor contenido de Mo/Cr/N y nitrógeno; esto lo hace atractivo donde se requieren altas tensiones de diseño o secciones más delgadas. Tenacidad y ductilidad: El acero 2205 generalmente ofrece mejor ductilidad y tiende a conservar una mayor tenacidad al impacto, especialmente después de su fabricación. El acero 2507 puede ser menos dúctil y más susceptible a la fragilización por compuestos intermetálicos si se procesa incorrectamente. - El equilibrio entre resistencia y tenacidad es fundamental: el 2507 ofrece mayor resistencia y resistencia a la corrosión a costa de cierta trabajabilidad y una resistencia al impacto a bajas temperaturas potencialmente menor si no se procesa adecuadamente.

5. Soldabilidad

Las consideraciones sobre la soldabilidad de los aceros inoxidables dúplex deben tener en cuenta el equivalente de carbono/templabilidad y el control del equilibrio de fases.

Índices útiles de soldabilidad: - Equivalente de carbono (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Equivalente resistente a la corrosión por picaduras (comúnmente utilizado para el acero inoxidable):
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Fórmula sensible a la deformación para la tendencia al agrietamiento de la soldadura:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - 2205: Buena soldabilidad para un acero dúplex cuando se utiliza el material de aporte adecuado y se controlan los parámetros de soldadura. Su menor contenido de aleación y nitrógeno moderado facilitan la obtención de un equilibrio aceptable de ferrita/austenita en la ZAT en comparación con el acero superdúplex. A menudo no es necesario el precalentamiento; es importante controlar el aporte térmico y la temperatura entre pasadas. - 2507: La soldadura es más exigente. Un mayor contenido de aleación y nitrógeno aumenta la templabilidad y la tendencia a la formación excesiva de ferrita o compuestos intermetálicos en la ZAT. La soldadura requiere procedimientos cualificados, a menudo un mayor aporte térmico o técnicas controladas para restaurar la fracción de austenita, y la selección de metales de aporte adecuados (materiales de aporte superdúplex compatibles o superiores). El tratamiento térmico posterior a la soldadura rara vez es práctico en grandes estructuras; el énfasis se centra en una práctica de soldadura que mantenga un equilibrio de fases aceptable y evite la formación de fase sigma. - En ambos grados, el control del hidrógeno, la limpieza y la calificación del procedimiento de soldadura son esenciales para evitar el agrietamiento y cumplir con los objetivos de resistencia a la corrosión.

6. Corrosión y protección de superficies

• Para los aceros inoxidables dúplex (tanto 2205 como 2507), la resistencia a la corrosión es intrínseca y está relacionada con PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (un PREN más alto se correlaciona con una mayor resistencia a la corrosión por picaduras en ambientes clorados).
• Ejemplo (solo ilustrativo): las químicas típicas de rango medio producen valores PREN alrededor de mediados de 30 para 2205 y de principios de 40 para 2507, lo que indica una resistencia a la corrosión por picaduras significativamente mayor para 2507 en medios de cloruro agresivos.
• Orientación práctica:
• 2205: Excelente resistencia general a la corrosión y buena resistencia a la corrosión por picaduras de cloruros y a la corrosión bajo tensión (SCC) hasta ciertas concentraciones de cloruros y temperaturas. Ampliamente utilizado en agua de mar y entornos de procesos donde se requiere una resistencia a la corrosión de moderada a alta.
• 2507: Resistencia superior a la corrosión por picaduras y grietas y mayor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruros y ambientes de sulfuro de hidrógeno; apropiado para las áreas más agresivas de agua de mar, zonas de salpicaduras en alta mar, equipos submarinos y aplicaciones de agua de alimentación para desalinización.
• Alternativas no inoxidables: Cuando no se selecciona ninguno de los grados y se utilizan aceros al carbono/aleados, se hace necesaria la protección de la superficie (galvanizado, recubrimientos epoxi, revestimientos de polímeros, protección catódica); estas estrategias de protección no sustituyen el rendimiento del acero inoxidable dúplex en entornos con alto contenido de cloruros o corrosivos.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad:
• Las aleaciones dúplex se endurecen por deformación; requieren configuraciones rígidas, herramientas afiladas y parámetros de corte conservadores.
• El acero 2205 es generalmente más fácil de mecanizar que el 2507 debido a su menor resistencia y menor tendencia al endurecimiento por deformación.
• La mayor resistencia y tenacidad del 2507 aumentan el desgaste de las herramientas y pueden requerir avances más lentos, mayor potencia y herramientas/recubrimientos especializados.
• Conformado y doblado:
• El 2205 tiene mejor conformabilidad en frío; tolera radios de curvatura más ajustados y conformados más complejos con menor recuperación elástica que el 2507.
• El acero 2507 presenta una conformabilidad en frío más limitada; se requieren radios de curvatura mayores, mayor fuerza y ​​una planificación cuidadosa del proceso para evitar fisuras. En ocasiones, se utilizan estrategias de conformado en caliente y conformado incremental.
• Refinamiento:
• Ambos aceros inoxidables se someten a métodos comunes de acabado (rectificado, electropulido). La mayor dureza del 2507 puede ralentizar el acabado mecánico.
• Control de fabricación:
• Ambos grados requieren control del aporte de calor durante la soldadura y evitar la exposición prolongada a temperaturas de formación intermetálica; el 2507 es más sensible.

8. Aplicaciones típicas

2205 (Dúplex)	2507 (Superdúplex)
Intercambiadores de calor, tuberías y accesorios en plantas químicas	umbilicales submarinos, elevadores de aguas profundas y componentes submarinos altamente agresivos
Tuberías, válvulas y ejes de bombas para plataformas marinas donde se requiere alta resistencia y resistencia a la corrosión, pero persiste la sensibilidad al costo.	Entornos de plantas desalinizadoras, sistemas de refrigeración de agua de mar para altas concentraciones de cloruro y temperaturas elevadas
Tanques de lastre, pozos marinos y servicio de agua de mar con exposición moderada a cloruros	Componentes de fondo de pozo y de pozo expuestos a H2S/cloruros y donde se requiere la máxima resistencia a la corrosión bajo tensión (SCC).
Equipos de proceso en las industrias de pulpa y papel, petroquímica y farmacéutica	Bridas críticas, cuerpos de válvulas y componentes estructurales sometidos a grandes esfuerzos en entornos con alto contenido de cloruros o sulfuro de hidrógeno.

Justificación de la selección: - Elija 2205 cuando se requiera un equilibrio entre resistencia, tenacidad, resistencia a la corrosión y costo para la mayoría de las aplicaciones de agua de mar/procesos. - Elija 2507 cuando el entorno o las cargas de diseño exijan la mayor combinación práctica de resistencia a picaduras/SCC y resistencia mecánica, y cuando el costo del ciclo de vida justifique un mayor gasto inicial en materiales y fabricación.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: El acero 2507 es considerablemente más caro que el 2205 debido a su mayor contenido de aleación y a controles de producción más estrictos. El coste del material por kg y el coste total de instalación (incluyendo soldadura/fabricación) son mayores.
• Disponibilidad: El acero 2205 está ampliamente disponible en placas, tubos, accesorios y barras de numerosos fabricantes. El acero 2507 también está disponible, pero en menos fábricas, con plazos de entrega más largos y una gama potencialmente menor de tamaños y espesores.
• Implicaciones para la adquisición: Para grandes volúmenes o tamaños estándar, el acero 2205 suele ser la opción más económica y de mayor disponibilidad. Para tamaños especiales o requisitos de superdúplex, conviene planificar con antelación la selección de proveedores y los plazos de entrega.

10. Resumen y recomendación

Propiedad	2205	2507
Soldabilidad	Bueno (más fácil de controlar)	Más exigente (se requiere control del procedimiento)
equilibrio entre fuerza y ​​resistencia	Equilibrio robusto; mejor ductilidad/tenacidad	Mayor resistencia; ductilidad algo reducida; mayor sensibilidad a las fases de fragilización.
Resistencia a la corrosión (picaduras/corrosión bajo tensión)	Alto (PREN típicamente a mediados de los 30)	Muy alto (PREN normalmente en torno a los 40 bajos)
Coste y disponibilidad	Más económico y ampliamente disponible	Mayor coste, plazos de entrega más largos

Recomendación: - Elija 2205 si: - Necesita un acero inoxidable dúplex rentable con una fuerte resistencia general a la corrosión y buena maquinabilidad para tuberías, intercambiadores de calor, ejes y servicio general de agua de mar/procesos. - La simplicidad de fabricación, los plazos de entrega más cortos o una mayor capacidad de conformado en frío son importantes. - Elija 2507 si: - Las condiciones de servicio incluyen altas concentraciones de cloruro, temperaturas más altas, ambientes ácidos (H2S) o cuando el diseño requiere mayor límite elástico/resistencia a la tracción y máxima resistencia a la corrosión por picaduras y a la corrosión bajo tensión. El proyecto puede adaptarse a mayores costos de materiales, controles de soldadura/fabricación más estrictos y posibles plazos de entrega más largos.

Nota final: ambas aleaciones ofrecen un alto rendimiento cuando se especifican y procesan correctamente. La elección adecuada requiere considerar la severidad del entorno corrosivo, los requisitos de carga mecánica, la capacidad de fabricación y el costo total del ciclo de vida. Para sistemas críticos, se recomienda realizar pruebas de corrosión específicas para la aplicación, la calificación del procedimiento de soldadura y la verificación de la cadena de suministro antes de la selección final.