Acero inoxidable 318 (dúplex): propiedades y aplicaciones clave

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El acero inoxidable 318, también conocido como acero inoxidable dúplex , es una aleación única que combina las propiedades beneficiosas de los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos. Clasificado como acero inoxidable dúplex, generalmente contiene una microestructura equilibrada de aproximadamente 50 % de austenita y 50 % de ferrita. Los principales elementos de aleación incluyen cromo (Cr), níquel (Ni) y molibdeno (Mo), que influyen significativamente en su resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y rendimiento general.

Descripción general completa

El acero inoxidable 318 es especialmente conocido por su alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones exigentes. Esta aleación suele contener alrededor de un 24 % de cromo, un 6 % de níquel y un 3 % de molibdeno, lo que contribuye a su robusto rendimiento en entornos hostiles. Su microestructura de doble fase proporciona mayor tenacidad y ductilidad en comparación con los aceros inoxidables austeníticos tradicionales.

Ventajas:
- Resistencia a la corrosión: Resistencia excepcional a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en entornos de cloruro.
- Resistencia mecánica: Mayor resistencia al rendimiento en comparación con los grados austeníticos, lo que permite secciones más delgadas en aplicaciones estructurales.
- Soldabilidad: Buena soldabilidad con materiales de relleno adecuados, lo que lo hace adecuado para la fabricación.

Limitaciones:
- Coste: Generalmente más caros que los aceros inoxidables austeníticos estándar debido a los elementos de aleación.
- Fragilidad a bajas temperaturas: potencial de reducción de tenacidad en aplicaciones criogénicas.
- Sensibilidad a la formación de la fase sigma: a temperaturas elevadas, la exposición prolongada puede provocar la formación de la fase sigma, que puede quebrar la aleación.

Históricamente, los aceros inoxidables dúplex como el 318 se desarrollaron para superar las limitaciones de los grados austeníticos y ferríticos, especialmente en términos de resistencia y resistencia a la corrosión. Hoy en día, ocupan una posición destacada en el mercado, especialmente en industrias como la del petróleo y el gas, el procesamiento químico y las aplicaciones marinas.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar Designación/Grado País/Región de origen Notas/Observaciones
UNS S31803 EE.UU Equivalente más cercano a 318L
AISI/SAE 318 EE.UU Pequeñas diferencias de composición que hay que tener en cuenta
ASTM A240/A240M EE.UU Especificación estándar para placas, láminas y tiras de acero inoxidable al cromo y al cromo-níquel para recipientes a presión y aplicaciones generales
ES 1.4462 Europa Equivalente europeo con propiedades similares
JIS SUS318 Japón Designación estándar japonesa

Las diferencias entre grados equivalentes pueden ser sutiles, pero significativas. Por ejemplo, si bien el S31803 y el 1.4462 tienen composiciones similares, sus propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión pueden variar ligeramente debido a las diferencias en los procesos de fabricación y el tratamiento térmico.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre) Rango porcentual (%)
Cromo (Cr) 24.0 - 26.0
Níquel (Ni) 4.5 - 6.5
Molibdeno (Mo) 2,5 - 3,5
Manganeso (Mn) 0,5 - 1,5
Nitrógeno (N) 0,08 - 0,20
Carbono (C) ≤ 0,03
Fósforo (P) ≤ 0,03
Azufre (S) ≤ 0,02

La función principal del cromo es mejorar la resistencia a la corrosión, mientras que el níquel contribuye a la tenacidad y la ductilidad. El molibdeno mejora aún más la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en entornos con cloruro. Se añade nitrógeno para aumentar la resistencia y mejorar la resistencia a la corrosión bajo tensión.

Propiedades mecánicas

Propiedad Condición/Temperamento Valor/rango típico (unidades métricas - SI) Valor/rango típico (unidades imperiales) Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción Recocido 620 - 850 MPa 90 - 123 ksi ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación) Recocido 450 - 650 MPa 65 - 94 ksi ASTM E8
Alargamiento Recocido 25 - 40% 25 - 40% ASTM E8
Dureza (Rockwell B) Recocido 85-95 HRB 85-95 HRB ASTM E18
Resistencia al impacto (Charpy) -20°C 40 J 29,5 pies-lbf ASTM E23

La combinación de alta resistencia a la tracción y al límite elástico hace que el acero inoxidable 318 sea adecuado para aplicaciones que requieren integridad estructural bajo carga mecánica. Su elongación y resistencia al impacto indican buena ductilidad y tenacidad, esenciales para condiciones de carga dinámica.

Propiedades físicas

Propiedad Condición/Temperatura Valor (Unidades métricas - SI) Valor (Unidades Imperiales)
Densidad - 7,8 g/cm³ 0,283 lb/pulgada³
Punto de fusión - 1400 - 1450 °C 2552 - 2642 °F
Conductividad térmica 20 °C 15 W/m·K 86 BTU·pulgada/(hora·pie²·°F)
Capacidad calorífica específica 20 °C 500 J/kg·K 0,12 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica 20 °C 0,72 µΩ·m 0,00000072 Ω·m
Coeficiente de expansión térmica 20 - 100 °C 16,5 x 10⁻⁶ /K 9,2 x 10⁻⁶ /°F

La densidad del acero inoxidable 318 indica que es un material robusto, mientras que su conductividad térmica y capacidad calorífica específica sugieren que puede soportar eficazmente las tensiones térmicas. El coeficiente de expansión térmica es crucial para aplicaciones con fluctuaciones de temperatura, ya que garantiza la estabilidad dimensional.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo Concentración (%) Temperatura (°C/°F) Clasificación de resistencia Notas
cloruros 3-10 20-60 °C / 68-140 °F Excelente Riesgo de picaduras en altas concentraciones
Ácido sulfúrico 10-30 20-40 °C / 68-104 °F Bien Resistencia limitada a altas temperaturas
Ácido clorhídrico 1-5 20-25 °C / 68-77 °F Justo No recomendado para altas concentraciones.
Agua de mar - Ambiente Excelente Altamente resistente a la corrosión del agua de mar.

El acero inoxidable 318 presenta una excelente resistencia a diversos agentes corrosivos, especialmente en entornos marinos y aplicaciones de procesamiento químico. Su resistencia a los cloruros es notable, lo que lo hace adecuado para aplicaciones costeras y marinas. Sin embargo, se recomienda precaución en entornos con altas concentraciones de ácidos sulfúrico y clorhídrico, donde otros materiales podrían ser más apropiados.

En comparación con otros aceros inoxidables, como el 316L y el 2205, el 318 ofrece una resistencia superior a la corrosión por picaduras y tensión, especialmente en entornos con alto contenido de cloruro. Sin embargo, el 316L puede tener un mejor rendimiento en condiciones de alta acidez, mientras que el 2205 proporciona una mayor resistencia.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite Temperatura (°C) Temperatura (°F) Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo 300 °C 572 °F Adecuado para uso continuo a esta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente 350 °C 662 °F Se puede tolerar la exposición a corto plazo.
Temperatura de escala 600 °C 1112 °F Riesgo de oxidación más allá de esta temperatura
Consideraciones sobre la resistencia a la fluencia 500 °C 932 °F La resistencia a la fluencia comienza a disminuir a esta temperatura.

A temperaturas elevadas, el acero inoxidable 318 mantiene buenas propiedades mecánicas, aunque la exposición prolongada puede provocar oxidación y la formación de fase sigma, que puede fragilizar la aleación. Es fundamental considerar el entorno de servicio y las fluctuaciones de temperatura al seleccionar este material para aplicaciones de alta temperatura.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura Metal de relleno recomendado (clasificación AWS) Gas/fundente de protección típico Notas
TIG ER318L Argón Buenos resultados con la técnica adecuada
MIG ER318L Mezcla de argón/CO2 Adecuado para secciones más gruesas.
SMAW E318-16 - Requiere precalentamiento para secciones más gruesas.

El acero inoxidable 318 generalmente se considera de buena soldabilidad, especialmente con los metales de aportación adecuados. El precalentamiento puede ser necesario en secciones más gruesas para evitar el agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar las propiedades mecánicas y aliviar las tensiones residuales.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado Acero inoxidable 318 AISI 1212 Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa 40% 100% Requiere velocidades de corte más lentas
Velocidad de corte típica 20-30 m/min 60-80 m/min Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

El mecanizado de acero inoxidable 318 puede ser complejo debido a su resistencia y tenacidad. Se recomienda utilizar herramientas de acero rápido o carburo y mantener velocidades de corte bajas para obtener resultados óptimos.

Formabilidad

El acero inoxidable 318 presenta buena conformabilidad, lo que permite procesos de conformado en frío y en caliente. Sin embargo, debido a su resistencia, puede requerir fuerzas mayores que los grados austeníticos. El material se puede doblar y moldear con las herramientas adecuadas, pero se debe tener cuidado para evitar el endurecimiento por acritud.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento Rango de temperatura (°C/°F) Tiempo típico de remojo Método de enfriamiento Propósito principal / Resultado esperado
Recocido en solución 1020 - 1100 °C / 1868 - 2012 °F 30 minutos Aire o agua Disolver carburos y mejorar la ductilidad.
Alivio del estrés 300 - 600 °C / 572 - 1112 °F 1 hora Aire Reducir las tensiones residuales

Los procesos de tratamiento térmico, como el recocido en solución, son cruciales para optimizar la microestructura y las propiedades del acero inoxidable 318. Este tratamiento ayuda a disolver los carburos y mejora la ductilidad, lo que hace que el material sea más apto para la fabricación.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector Ejemplo de aplicación específica Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación Motivo de la selección (breve)
Petróleo y gas Plataformas offshore Alta resistencia, resistencia a la corrosión. Esencial para entornos marinos hostiles
Procesamiento químico Tanques de almacenamiento Excelente resistencia a productos químicos agresivos. Garantiza longevidad y seguridad.
Marina Construcción naval Resistencia a la corrosión del agua de mar Crítico para la integridad estructural
Generación de energía Intercambiadores de calor Buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión. Transferencia de calor eficiente en condiciones adversas

Otras aplicaciones incluyen:
- Industria de Pulpa y Papel: Se utiliza en procesos de blanqueo y recuperación química.
- Procesamiento de Alimentos: Equipos que requieren altos estándares de higiene y resistencia a la corrosión.
- Productos farmacéuticos: Equipos y sistemas de tuberías donde la limpieza y la resistencia a la corrosión son primordiales.

La selección del acero inoxidable 318 para estas aplicaciones se debe principalmente a sus propiedades mecánicas superiores y a su resistencia a la corrosión, que son esenciales para mantener el rendimiento y la seguridad en entornos desafiantes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad Acero inoxidable 318 Acero inoxidable 316L Acero inoxidable dúplex 2205 Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave Alta resistencia Buena ductilidad Mayor resistencia 318 ofrece un equilibrio entre resistencia y ductilidad.
Aspecto clave de la corrosión Excelente en cloruros Bueno en ácidos Excelente en cloruros 318 es superior en entornos de cloruro
Soldabilidad Bien Excelente Bien El 316L es más fácil de soldar
Maquinabilidad Moderado Bien Moderado El 316L es más fácil de mecanizar
Formabilidad Bien Excelente Moderado 316L ofrece una mejor formabilidad
Costo relativo aproximado Más alto Moderado Más alto El costo varía según la demanda del mercado.
Disponibilidad típica Moderado Alto Moderado El 316L es el más comúnmente almacenado

Al seleccionar el acero inoxidable 318, consideraciones como la rentabilidad, la disponibilidad y los requisitos específicos de la aplicación son cruciales. Si bien puede ser más caro que los grados austeníticos estándar, su rendimiento superior en entornos corrosivos suele justificar la inversión. Además, sus propiedades únicas lo hacen adecuado para aplicaciones específicas donde otros materiales podrían fallar.

En resumen, el acero inoxidable 318 es un material versátil y robusto que destaca en diversas aplicaciones exigentes, especialmente en entornos donde la resistencia a la corrosión y la resistencia mecánica son fundamentales. Sus propiedades y ventajas únicas lo convierten en la opción preferida en muchas industrias, garantizando seguridad y durabilidad en aplicaciones críticas.

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