UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENSURA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

CIENCIA DE LOS MATERIALES

SEMINARIO: ACEROS INOXIDABLES FERRITICOS Y

DPLEX

INTEGRANTES: CEPEDA, Jaime

DAGMA, Jairo

GALETTO, Germn

ISA, Laureano

DOCENTES: Dra. Ing. DRUKER, Ana Velia

Ing. PEDRANA, Enrique

Ing. CHA, Alberto

AO: 2014

Aceros Inoxidables Ferrticos y Dplex Pgina | 2

Introduccin

Los aceros inoxidables son aceros de bajo carbono que contienen al menos un 10,5% de cromo en peso.

Este grupo de aceros presenta una gran resistencia a la corrosin ya que, cuando se exponen al medio

ambiente, se forma oxido de cromo en su superficie debido a la alta afinidad que tiene el cromo con el

oxgeno, cubriendo su superficie. Esta capa, llamada capa pasiva, excluye la oxidacin adicional, es

tenaz y se auto renueva en presencia de oxgeno.

Los aceros inoxidables se pueden clasificar en:

Ferrticos

Austeniticos

Martensiticos

Dplex

Endurecidos por precipitado

Nos enfocaremos en los aceros inoxidables ferrticos y Dplex.

Aceros inoxidables ferrticos

Los aceros inoxidables ferrticos son aleaciones de hierro, cromo y carbono, con o sin pequeas adiciones

de otros elementos. El contenido de cromo vara entre un 16% y un 27% mientras que el carbono se

encuentra en proporciones comprendidas entre 0,12% y 0,35% con el fin de obtener una estructura

completamente ferrtica. Estos aceros tienen la caracterstica comn de ser magnticos y de conservar

su estructura ferrtica (BCC), sin que la misma sea afectada por el tratamiento trmico. El temple, as

como el conformado en frio los endurece poco. Su resistencia mecnica es relativamente alta y en

estado ablandado son muy dctiles. Su resistencia al ataque corrosivo es muy elevada, sobre todo a la

oxidacin producida a altas temperaturas.

No pueden ser calentados a temperaturas intermedia ya que puede aparecer la fase Sigma (FeCr) que

provoca disminucin de la ductilidad y en la resistencia a la corrosin. Esta es la principal causa por la

cual presenta problemas en la soldabilidad. Adems, mientras ms grande sea el contenido de carbono,

ms posibilidades hay de formar carburos de cromo, quitando cromo de la matriz empobreciendo la

resistencia a la corrosin y provocando una fragilizacin en la estructura.

Forman parte de la serie 400 AISI (Instituto Americano de Hierro y Acero) siendo el acero inoxidable tipo

AISI 430 el ms representativo de este grupo, teniendo aproximadamente 17% Cr. Es considerado una

Detalle de cmo se renueva la placa pasiva frente a dao mecnico.

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aleacin multipropsito para aplicaciones en las cuales las exigencias de resistencia a la corrosin, en

especial en presencia de soldaduras, no sean importantes.

Clasificacin

El Grupo 1 (tipo 409/410L) tiene contenido de cromo ms bajo de todos los aceros inoxidables,

siendo el menos costoso. Este grupo puede ser perfecto en entornos libres o poco corrosivos, en

los que una ligera corrosin localizada puede ser aceptable. El 409 se dise originalmente para

los silenciadores de los sistemas de escape. El 410L se utiliza ms para contenedores, autobuses y

para bastidores de monitores LCD.

El Grupo 2 (tipo 430) es la familia de aleaciones ferrticas de uso ms generalizado. Con un

contenido de cromo ms elevado, tiene una mayor resistencia a la corrosin. Los usos tpicos son

tambores de lavarropas y paneles interiores. En algunas aplicaciones, estos resultan adecuados

para reemplazar al 304(acero inoxidable austentico mas utilizado). Con frecuencia se sustituye el

304 por el 430 en lavaplatos, ollas y sartenes.

El Grupo 3 incluye los tipos 430Ti, 439, 441, etc. En comparacin con el grupo 2, estos ofrecen

una mejor soldabilidad y conformabilidad. Las aplicaciones tpicas son piletas de cocinas, tubos

de intercambiadores, sistemas de escape y piezas soldadas de lavadoras. El grupo 3 puede incluso

Microestructura de un Acero Inox. 409

con 400x de aumento

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reemplazar al tipo 304 en aquellas aplicaciones en las que las especificaciones de este tipo seas

superiores a las necesidades reales.

El Grupo 4 incluye los tipos 434, 436, 444, etc. Estos incorporan molibdeno para aumentar la

resistencia a la corrosin. Las aplicaciones tpicas son depsitos de agua caliente, calentadores

solares, sistemas de escape, hervidores elctricos y hornos microondas, guarniciones de

automviles y paneles exteriores.

El Grupo 5 (tipos 446, 445/447 etc.). Lleva cromo adicional y molibdeno para aumentar la

resistencia a la corrosin y a la formacin de cascarilla (oxidacin).Los usos tpicos incluyen

aplicaciones en entornos costeros y otros entornos altamente corrosivos. La resistencia a la

corrosin del JIS 447 es igual a la del titanio.

Caractersticas mecnicas y tratamientos trmicos

Una caracterstica mecnica a destacar, comn a los aceros ferrticos y martensiticos, es que al tener una

estructura BCC, poseen una temperatura de transicin dctil-frgil por debajo de la cual la tenacidad se

hace muy pequea. Tienen buena estampabilidad, aunque insuficiente en aplicaciones que requieren

estampado profundo. No responden a los tratamientos trmicos (no toman el temple y el revenido, su

estructura permanece ferrtica sin que ella sea afectada por la velocidad de enfriamiento desde altas

temperaturas). Las elevadas resistencias o durezas solo se pueden alcanzar por trabajo en fro (laminado

o estirado), aunque en forma bastante limitada.

Son, por su constitucin, frgiles, y su tenacidad depende del mtodo de trabajo con el que va a ser

fabricado, ya que este interviene en el tamao de grano. Si en ste se afinar el grano por trabajo en

fro, el acero tendr mucha ms tenacidad que si el material en el ltimo tratamiento ha experimentado

un calentamiento a alta temperatura, que ha hecho crecer el grano. Aunque estos aceros son frgiles en

fro, tienen en cambio buena tenacidad en caliente y la resiliencia de estos aceros aumenta

significativamente con simple calentamiento a 150-200C. stos tienen gran importancia cuando se

emplean para fabricar piezas que deban trabajar a elevada temperatura. Tambin esta cualidad es

importante para poder realizar a veces ciertos trabajos en caliente a 150-200C, ya que a esa

temperatura, al ser el material ms tenaz, resiste mejor muchas deformaciones sin romperse.

Propiedades

- Son magnticos.

- Presentan una dilatacin trmica baja.

- Ofrecen una excelente resistencia a la oxidacin a altas temperaturas.

- Ofrecen una elevada conductividad trmica.

- Son ms fciles de cortar y trabajar que los austeniticos (que requieren herramientas especiales

y mquinas ms potentes, generando un mayor desgaste de las herramientas).

- Son menos propensos a la recuperacin elstica que los austeniticos durante la conformacin en

fro.

- Ofrecen un mayor lmite elstico.

- No sufren fisuracin por corrosin bajo tensin.

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- Bajo costo de produccin.

Se debe tener en cuenta que, al no producirse el cambio alotrpico de ferrita a austenita, a

temperaturas mayores a 950C, crecer significativamente el grano, teniendo un grano grueso,

disminuyendo la tenacidad y ductilidad. Para reducir el tamao de grano, se debe realizar un tratamiento

de recristalizacin seguido de un proceso de deformacin plstica.

Como nombramos anteriormente, a temperaturas intermedias (870c 530c) puede aparecer una fase

Sigma de carburo de hierro, dura y frgil, fragilizando la estructura. Esta fase puede ser disuelta

calentando a 1100C aproximadamente, o realizando enfriamientos rpidos que retengan la fase

ferrtica.

Aplicaciones

Durante aos, los ferrticos se han utilizado masivamente en dos aplicaciones: los sistemas de escape de

automviles y los tambores de lavadoras. Los sistemas de escape se ven expuestos a condiciones de altas

temperaturas y entornos corrosivos. El uso de acero inoxidable (ferrtico) permite ampliar el perodo de

garanta de estas piezas. Los tambores de lavadoras deben enfrentarse a los detergentes y a un entorno

constantemente hmedo. Sin embargo, incluso en este contexto, la corrosin localizada resulta

totalmente inadmisible.

AnaResaltado

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Los ferrticos son ideales para las superficies de los equipos e instrumentos de cocina, por eso es que

entre sus aplicaciones se encuentran tapas de cestos de basura, sartenes, bandejas, cubertera

econmica, piletas y bases de ollas.

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Aceros inoxidables Dplex

Los aceros inoxidables Dplex (DSS) presentan una microestructura dual, constituida por ferrita y

austenita presentes en aproximadamente la misma fraccin de volumen. Debido a su naturaleza, estos

aceros combinan las propiedades de los aceros inoxidables austeniticos y ferrticos, resultando mayor

resistencia a la corrosin bajo tensiones en ambientes salinos, comparado con los austentico y

mejorando resistencia y ductilidad, comparado con los aceros ferrticos.

Han alcanzado una rpida difusin, de manera que en la actualidad suele hablarse de tres generaciones

de dplex segn su contenido de nitrgeno: en los de primera generacin el contenido de nitrgeno es

menor que el 0,1% en peso; en los de segunda generacin se sita entre 0,1% y 0,2%; y los de tercera

generacin, el contenido de nitrgeno supera el 0,2%.

- Como ejemplo de los aceros inoxidables dplex de primera generacin, podemos citar UNS

S32304 (23Cr-4Ni-0,1N, sin Mo): es un material que en muchas aplicaciones puede reemplazar a

los aceros austeniticos AISI 304/316.

- Como ejemplo de los de segunda generacin UNS S32205, comercialmente designado SAF 2205,

(22Cr-5Ni-3Mo). Se denomina usualmente el acero estndar. Su resistencia a la corrosin en

varios medios es superior a la de los aceros austeniticos tipo AISI 304,316 y 307.

- Como ejemplo de los de tercera generacin UNS S32750, comercialmente designado como SAF

2507, (25Cr-7Ni-3,7Mo-0,27N). Especialmente diseado para aplicaciones marinas.

La siguiente tabla presenta los ms conocidos aceros inoxidables dplex con su nomenclatura UNS

(Unified Numbering System) y EN (European Coding).

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Composicin qumica de Aceros Inox. Dplex

Es aceptado que las propiedades ms favorables de los DSS pueden ser obtenidas para un balance de

fases en el rango de 30% y 70% de ferrita y austenita respectivamente. Sin embargo se considera

comnmente que aproximadamente tienen cantidades iguales de ferrita y austenita. En la produccin

comercial actual se favorece la formacin de austenita ya que se obtiene mayor resistencia y mejores

caractersticas de proceso. La interaccin de la mayora de los elementos aleantes, como cromo,

molibdeno, nitrgeno y nquel es bastante compleja. Para obtener un DSS de estructura estable, se debe

tener cuidado en obtener la cantidad correcta de cada aleante.

No solo se debe tener cuidado en el balance de fases, sino que respecto a su composicin qumica, a

altas temperaturas se forman fases intermetalicas perjudiciales. Las fases sigma y chi formadas en aceros

inoxidables de alto contenido de cromo y molibdeno precipitan en la ferrita, pero la adicin de nitrgeno

retrasa significativamente la formacin de estas fases, por lo que es crtico que la solucin solida tenga

suficiente nitrgeno.

Principales aleantes

Cromo: mejora la resistencia a la corrosin localizada formando una capa pasiva rica en Cr. Sin

embargo, hay un lmite en la cantidad de Cr que puede ser aadida a un acero; superado dicho

lmite precipitan fases intermetalicas, como la fase sigma (). Estas fases usualmente llevan a una

reduccin en ductilidad, tenacidad y propiedades de corrosin. El cromo y otros elementos

estabilizan la fase ferrtica, sin embargo el efecto de cada elemento varia.

Molibdeno: Este elemento favorece la resistencia a la corrosin por picado y previene las fisuras

por corrosin. Al igual que el Cr estabiliza la fase ferrtica.

Nquel: A diferencia de los estabilizadores de la fase ferrtica como el Cr, Mo y Nb, existe otro

grupo de elementos que estabilizan la fase austentica. Para mantener entre 40% y 60% de

ferrita, se debe equilibrar la austenita. Los elementos que estabilizan la ferrita, deben ser

equilibrados con elementos que estabilizan la austenita. Por esta razn, la cantidad de Ni que se

debe agregar a un dplex depende, fundamentalmente, de la cantidad de Cr. Con un alto nivel de

Ni, tendremos ms de un 50% de austenita, con la consecuencia que la ferrita remanente posea

gran cantidad de Cr y Mo. Como resultado, la transformacin de ferrita a fases intermetalicas va a

mejorar cuando la aleacin se exponga a temperaturas entre 650C a 950C.

Nitrgeno: El nitrgeno tiene mltiples efectos en los aceros; principalmente incrementa la resistencia al picado, el contenido de austenita y la resistencia mecnica. El N adems aumenta la

dureza de la fase austentica. Adems, como el N es un fuerte estabilizador de la austenita, su

presencia en los aceros inoxidables dplex suprime la disolucin de la austenita y favorece la

formacin de la austenita en las zonas afectadas por soldadura. Los formadores de ferrita (Cr y

Mo) se equilibran con los formadores de austenita (Ni y N) para formar la estructura Dplex.

Manganeso: Es un estabilizador de la austenita en los aceros austeniticos y en los aceros dplex tiene un pequeo efecto sobre el balance de las fases. Adems, puede aumentar el rango de

temperatura y la velocidad de formacin de la fase sigma. El Mn incrementa la resistencia a la

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corrosin y mejora las propiedades en traccin sin prdida de ductilidad. El Mn incrementa la

solubilidad del N. La accin combinada de Mn y N mejora la resistencia al picado.

Cobre: La adicin de Cu a los aceros austeniticos reduce la velocidad de corrosin en ambientes no oxidantes, como acido sulfrico. El agregado de Cu en los aceros dplex est limitado en un

2%, debido a que cantidades mayores reducen la ductilidad en caliente y puede dar lugar al

endurecimiento por precipitacin.

Silicio: El silicio mejora la resistencia a la oxidacin a alta temperatura. Contenidos elevados de Si (3,5-5,5% en peso) en los aceros dplex incrementa la resistencia al picado. Sin embargo, como el

Si se considera un elemento que favorece la formacin de la fase sigma, se limita el agregado del

mismo a un 1% en peso.

Carbonos, sulfuros y fosforo: El contenido de C de los aceros dplex est limitado a un 0,02- 0,03% en peso para evitar la precipitacin de carburos ricos en Cr, los cuales actuaran como

sitios de iniciacin de la corrosin por picado e intergranular. De igual forma estn controlados

los contenidos de azufre (S) y fosforo (P).

Propiedades de los DSS

Los DSS tienen bajo coeficiente de expansin trmica, similar a los aceros, lo que los hace aptos para ser

sometidos a temperaturas cclicas. La conductividad trmica es mayor que los austenticos y, sumando la

mayor resistencia mecnica, permite construir paredes ms finas en algunas aplicaciones.

Tienen excepcionales propiedades mecnicas. Estas propiedades son altamente anisotropicas, o sea,

varan dependiendo la orientacin. Esta anisotropa es causada por los granos alargados y la textura

cristalogrfica que resulta del laminado en caliente o en frio. Si bien la estructura de solidificacin es

normalmente isotrpica, es laminado o forjado alterando ambas fases presentes.

La resistencia es mayor perpendicular a la direccin de laminado. La resistencia al impacto es mayor

cuando las grietas se propagan perpendicularmente a la direccin de laminado.

A pesar de su alta resistencia, los DSS muestran una buena ductilidad y buena tenacidad.

Poseen muy buena resistencia a la corrosin en la mayora de las aplicaciones donde los grados

austenticos no cumplen con las condiciones. Su alto contenido de Cr acompaado de Ni y Mo lo hace

Estructura ferrtica Estructura Dplex Estructura Austentica

Adicin de

Nquel

Adicin de

Nquel

Incrementando el contenido de Nquel cambia la microestructura de Acero Inoxidable de Ferrtico (izquierda) a

Dplex (en medio) a Austentico (derecha). En la estructura Dplex la ferrita fue teida para que aparezca

como fase ms oscura.

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muy resistente a cidos oxidantes. Si la microestructura contiene ms de 30% de ferrita, son muy

resistentes a la corrosin pero, al ser la ferrita debilitada por el hidrogeno, la resistencia en aplicaciones

donde se encuentra hidrogeno se ve afectada.

Aplicaciones

Los DSS son ampliamente usados en la industria del gas, aceites, papel y en la industria qumica.

Son ideales para la construccin de tanques para el transporte de qumicos como lubricantes, metanol,

aceites, vino o cidos fosfrico o sulfrico. Deben ser resistentes a diferentes procesos de corrosin ya

que si este material falla, se contaminara tanto el producto transportado como el medio ambiente, y se

daara el recipiente. Los barcos petroleros, anteriormente fabricados con aceros austenticos, se

fabrican actualmente en su gran mayora con DSS debido a la gran resistencia mecnica y a la corrosin.

Actualmente son cada vez ms utilizados en aplicaciones arquitectnicas ya que su resistencia mecnica,

a la corrosin y su bajo peso los hace ideales para su utilizacin en plataformas marinas y puentes. Su

bajo grado de expansin trmica los hace ideal para combinarlos con el hormign.

Un ejemplo de aplicacin en este tipo de aplicaciones es la base de la Estatua de la Libertad, en Nueva

York.

Bibliografa

- Manual de los aceros inoxidables George Istrati

- Tecnologa del acero Jose M. Lasheras y Esteban

- Aceros especiales Jos Barreiro

- Tratamientos trmicos de Aceros Inoxidables UTN FRRO

- Fatiga a temperaturas intermedias de Aceros Inoxidables Dplex Silvina Here

- Practical guidelines for the fabrication of Duplex Stainless Steels Int. Molybdenum Assoc.

- http://www.euro-inox.org/pdf/map/The_ferritic_solution_SP.pdf