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.