Acero inoxidable dúplex: propiedades y aplicaciones clave

El acero inoxidable dúplex es una categoría de acero inoxidable que combina las propiedades ventajosas de los aceros inoxidables austeníticos y ferríticos. Esta combinación única se logra mediante una microestructura equilibrada, compuesta típicamente por aproximadamente un 50 % de austenita y un 50 % de ferrita. Los principales elementos de aleación del acero inoxidable dúplex incluyen cromo, níquel y molibdeno, que influyen significativamente en sus propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión.

Descripción general completa

Los aceros inoxidables dúplex se clasifican como aceros inoxidables austenítico-ferríticos y se caracterizan por su alta resistencia, excelente resistencia a la corrosión y buena soldabilidad. Los principales elementos de aleación incluyen:

• Cromo (Cr) : Generalmente presente en concentraciones de 18-30%, el cromo mejora la resistencia a la corrosión y contribuye a la formación de una capa protectora de óxido.
• Níquel (Ni) : Generalmente encontrado en cantidades de 4-8%, el níquel mejora la tenacidad y la ductilidad, particularmente a bajas temperaturas.
• Molibdeno (Mo) : a menudo incluido en una proporción de 2 a 5 %, el molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en entornos de cloruro.

Las características importantes del acero inoxidable dúplex incluyen alta resistencia a la tracción, buena tenacidad al impacto y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC).

Ventajas:
- Alta resistencia : Los aceros inoxidables dúplex exhiben un mayor límite elástico en comparación con los grados austeníticos y ferríticos, lo que permite secciones más delgadas en las aplicaciones.
- Resistencia a la corrosión : Excelente resistencia a la corrosión localizada, como corrosión por picaduras y grietas.
- Rentabilidad : Un menor contenido de níquel en comparación con los grados austeníticos puede generar menores costos de material.

Limitaciones:
- Soldabilidad : Si bien generalmente son buenos, los aceros inoxidables dúplex pueden ser más difíciles de soldar que los grados austeníticos debido al riesgo de formar fases perjudiciales.
- Fragilidad : A ciertas temperaturas, especialmente durante la soldadura, los aceros inoxidables dúplex pueden volverse frágiles si no se gestionan adecuadamente.

Históricamente, los aceros inoxidables dúplex se desarrollaron en la década de 1930 y desde entonces han ganado popularidad en diversas industrias, incluido el petróleo y el gas, el procesamiento químico y las aplicaciones marinas, debido a su combinación única de propiedades.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	S31803	EE.UU	Equivalente más cercano a EN 1.4462
ASTM	A240	EE.UU	Especificación estándar para placas de acero inoxidable
ES	1.4462	Europa	Grado dúplex de uso común
JIS	SUS329J3L	Japón	Similar al S31803 pero con pequeñas diferencias de composición.
ESTRUENDO	X2CrNiMoN22-5-3	Alemania	Equivalente a S31803 con enfoque específico en el contenido de nitrógeno

Las diferencias entre estos grados pueden afectar el rendimiento, especialmente en términos de resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas. Por ejemplo, si bien el S31803 y el 1.4462 suelen considerarse equivalentes, las variaciones en el contenido de nitrógeno pueden generar diferencias en la resistencia y la tenacidad.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
Cr (cromo)	18.0 - 28.0
Ni (níquel)	4.5 - 8.0
Mo (molibdeno)	2.0 - 5.0
N (Nitrógeno)	0,08 - 0,20
C (Carbono)	≤ 0,03
Si (silicio)	≤ 1.0
Mn (manganeso)	≤ 2.0
P (Fósforo)	≤ 0,03
S (Azufre)	≤ 0,01

La función principal de los elementos de aleación clave en el acero inoxidable dúplex incluye:
- Cromo : Proporciona resistencia a la corrosión y mejora la formación de una capa protectora de óxido.
- Níquel : Mejora la tenacidad y la ductilidad, especialmente a bajas temperaturas.
- Molibdeno : Mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en entornos con cloruro.
- Nitrógeno : Aumenta la resistencia y mejora la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Recocido	Temperatura ambiente	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Recocido	Temperatura ambiente	450 - 600 MPa	65 - 87 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Recocido	Temperatura ambiente	25 - 40%	25 - 40%	ASTM E8
Dureza (Rockwell B)	Recocido	Temperatura ambiente	80 - 95 HRB	80 - 95 HRB	ASTM E18
Resistencia al impacto (Charpy)	Recocido	-20°C	50 - 100 J	37 - 74 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de estas propiedades mecánicas hace que el acero inoxidable dúplex sea particularmente adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia a la carga mecánica, como en recipientes a presión y sistemas de tuberías.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,8 g/cm³	0,283 lb/pulgada³
Punto/rango de fusión	-	1350 - 1400 °C	2462 - 2552 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	15 W/m·K	87 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	500 J/kg·K	0,119 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,72 µΩ·m	0,0000013 Ω·pie
Coeficiente de expansión térmica	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶/K	8,9 x 10⁻⁶/°F

La importancia práctica de las propiedades físicas clave incluye:
- Densidad : Afecta las consideraciones de peso en aplicaciones estructurales.
- Conductividad térmica : importante para aplicaciones que involucran intercambiadores de calor.
- Capacidad calorífica específica : influye en la gestión térmica en aplicaciones de alta temperatura.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-10	20-60 / 68-140	Excelente	Riesgo de picaduras
Ácido sulfúrico	10-20	20-40 / 68-104	Bien	Riesgo de carcinoma espinocelular
Ácido clorhídrico	5-10	20-40 / 68-104	Justo	No recomendado
Agua de mar	-	20-40 / 68-104	Excelente	Resistente a la corrosión por grietas

El acero inoxidable dúplex presenta una excelente resistencia a diversos entornos corrosivos, especialmente en condiciones con alto contenido de cloruros, lo que lo hace adecuado para aplicaciones marinas. Sin embargo, puede ser susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) en ciertos entornos, especialmente en presencia de cloruros y a temperaturas elevadas.

En comparación con los aceros inoxidables austeníticos como el 316L, los aceros inoxidables dúplex ofrecen una resistencia superior a la corrosión por picaduras y grietas, además de una mayor resistencia. Sin embargo, su rendimiento en entornos reductores puede ser inferior al de los aceros inoxidables ferríticos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	300	572	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	350	662	Puede soportar exposición a corto plazo.
Temperatura de escala	600	1112	Riesgo de oxidación más allá de esta temperatura
Consideraciones sobre la resistencia a la fluencia	400	752	Comienza a degradarse a temperaturas elevadas.

Los aceros inoxidables dúplex mantienen buenas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, pero se debe tener cuidado de evitar la exposición prolongada a temperaturas superiores a 300 °C (572 °F) para evitar la oxidación y la pérdida de resistencia.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
TIG	ER2209	Argón	Bueno para secciones delgadas
MIG	ER2209	Argón + CO2	Adecuado para secciones más gruesas.
SMAW	E2209	-	Requiere precalentamiento para secciones gruesas.

Los aceros inoxidables dúplex suelen ser soldables mediante técnicas estándar, pero es necesario controlar cuidadosamente el aporte de calor para evitar la formación de fases perjudiciales. El precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura pueden ser necesarios para garantizar propiedades óptimas.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero inoxidable dúplex	Acero de referencia (AISI 1212)	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	20-30%	100%	Más difícil de mecanizar
Velocidad de corte típica (torneado)	30-50 m/min	80-100 m/min	Utilice herramientas de carburo

La maquinabilidad del acero inoxidable dúplex es menor que la de los grados austeníticos, lo que requiere una selección cuidadosa de herramientas y parámetros de corte para lograr resultados óptimos.

Formabilidad

Los aceros inoxidables dúplex presentan una conformabilidad moderada. El conformado en frío es viable, pero debe evitarse un endurecimiento excesivo. El conformado en caliente es preferible para formas complejas, y se recomiendan radios de curvatura mayores que los de los aceros austeníticos para evitar el agrietamiento.

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 / 1868 - 2012	30 minutos	Aire o agua	Disolución de precipitados
Alivio del estrés	300 - 600 / 572 - 1112	1 hora	Aire	Reducir las tensiones residuales

Los procesos de tratamiento térmico, como el recocido en solución, son fundamentales para optimizar la microestructura y las propiedades de los aceros inoxidables dúplex. Estos tratamientos ayudan a disolver los precipitados y a mejorar la resistencia a la corrosión.

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.	Durabilidad en entornos hostiles
Procesamiento químico	Tanques de almacenamiento	Resistencia a picaduras y SCC	Seguridad y longevidad
Marina	Construcción naval	Resistencia a la corrosión en agua de mar	Vida útil prolongada
Generación de energía	Intercambiadores de calor	Alta resistencia y conductividad térmica.	Eficiencia en la transferencia de calor

Otras aplicaciones incluyen:
- Sistemas de tuberías en plantas químicas
- Recipientes a presión en industrias petroquímicas
- Componentes en plantas desalinizadoras

El acero inoxidable dúplex se elige para estas aplicaciones debido a su combinación única de resistencia, resistencia a la corrosión y rentabilidad, lo que lo hace ideal para entornos exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero inoxidable dúplex	Grado alternativo 1	Grado alternativo 2	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Fuerza moderada	Alta resistencia	El dúplex ofrece una mejor relación resistencia-peso
Aspecto clave de la corrosión	Excelente resistencia	Buena resistencia	Resistencia justa	El dúplex destaca en entornos de cloruro.
Soldabilidad	Moderado	Bien	Excelente	Requiere un control cuidadoso durante la soldadura.
Maquinabilidad	Más bajo	Más alto	Moderado	Más difícil de mecanizar que los grados austeníticos
Costo relativo aproximado	Moderado	Más bajo	Más alto	Rentable para aplicaciones de alto rendimiento
Disponibilidad típica	Moderado	Alto	Moderado	La disponibilidad puede variar según la región.

Al seleccionar acero inoxidable dúplex, se deben considerar la rentabilidad, la disponibilidad y los requisitos específicos de la aplicación. Sus propiedades únicas lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones, pero es necesario prestar especial atención a los procesos de fabricación para garantizar un rendimiento óptimo.

En resumen, el acero inoxidable dúplex representa una opción de material versátil y de alto rendimiento para diversas aplicaciones de ingeniería, equilibrando resistencia, resistencia a la corrosión y costo.