Tres familias diferentes bajo un mismo nombre
El acero al cromo-níquel-molibdeno es una descripción amplia que cubre tres materiales bastante diferentes. El primero es el acero estructural de aleación templado y revenido representado por 40CrNiMo, utilizado para ejes, engranajes y piezas de máquinas altamente estresadas. La segunda es la familia de acero inoxidable austenítico representada por 316 y 316L, utilizada para equipos químicos y de procesos. La tercera es la familia de acero inoxidable dúplex, cuyos grados de recipientes a presión y tuberías incluyen las composiciones 2205 y 2507, en las que las fases de ferrita y austenita ocupan cada una aproximadamente la mitad de la estructura.
Los tres contienen cromo, níquel y molibdeno, pero no resisten la corrosión de la misma forma. Sólo las dos familias de acero inoxidable dependen de una película pasiva rica en cromo. El acero estructural de aleación depende de sus propiedades mecánicas y debe protegerse mediante revestimiento, enchapado o un margen de corrosión siempre que se exponga a un ambiente húmedo.
El papel de cada elemento de aleación
Cromo:por encima de aproximadamente el 10,5 por ciento en masa, forma una película de óxido estable y autorreparable en la superficie. Esta película es la base del comportamiento inoxidable.
Níquel:estabiliza la fase austenítica, mejora la tenacidad y ductilidad a baja temperatura y contribuye a la resistencia en ácidos reductores.
Molibdeno:mejora sustancialmente la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes que contienen cloruro y mejora la resistencia para reducir el ataque ácido.
Nitrógeno:fortalece la austenita en grados austeníticos dúplex y de alta aleación y contribuye en gran medida a la resistencia a las picaduras.
El efecto combinado de los tres elementos resistentes a las picaduras se expresa como el número equivalente de resistencia a las picaduras, PREN, calculado como cromo más 3,3 veces molibdeno más 16 veces nitrógeno, utilizando los porcentajes de masa de cada elemento.
Comparación del rendimiento frente a la corrosión
| familia y grado | Composición típica | PREN | Notas de servicio |
|---|---|---|---|
| Acero de aleación 40CrNiMo | 0,40 C, 0,6 a 0,9 Cr, 1,25 a 1,65 Ni, 0,15 a 0,25 Mo | No aplicable | Sin película pasiva; requiere recubrimiento o un margen de corrosión |
| austenítico 316L | Aproximadamente 17 Cr, 12 Ni, 2,5 Mo, bajo en carbono | alrededor de 24 | Buena resistencia general a la corrosión; Riesgo de picaduras y corrosión bajo tensión en cloruros calientes. |
| 2205 dúplex, UNS S32205 | Aproximadamente 22 Cr, 5 Ni, 3 Mo, 0,17 N | 34 o más | Alta resistencia con excelente resistencia a las picaduras de cloruro y a la corrosión bajo tensión. |
| 2507 súper dúplex, UNS S32750 | Aproximadamente 25 Cr, 7 Ni, 4 Mo, 0,27 N | 40 o más | Servicio de agua de mar y cloruros agresivos. |
Los grados dúplex chinos equivalentes son S22053 para la composición 022Cr23Ni5Mo3N y S25073 para la composición 022Cr25Ni7Mo4N. En comparación con el acero inoxidable austenítico estándar, la familia dúplex tiene una resistencia significativamente mayor y una resistencia mucho mejor al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro y a la corrosión intergranular, al tiempo que conserva buena tenacidad y soldabilidad.
Propiedades mecánicas del 40CrNiMo
40CrNiMo a GB/T 3077 es un acero estructural de aleación de cromo-níquel-molibdeno con carbono en el rango de 0,37 a 0,44 por ciento, silicio de 0,17 a 0,37 por ciento, manganeso de 0,50 a 0,80 por ciento, cromo de 0,60 a 0,90 por ciento, níquel de 1,25 a 1,65 por ciento y molibdeno entre 0,15 y 0,25 por ciento. Enfriado con aceite a aproximadamente 850 grados C y revenido a aproximadamente 600 grados C, desarrolla una resistencia a la tracción mínima de 980 MPa y un límite elástico mínimo de 835 MPa, con la resistencia a la fatiga y la tenacidad que lo hacen adecuado para componentes sometidos a grandes esfuerzos, como ejes, engranajes y piezas de conexión.
Su comportamiento a la corrosión es el de un acero aleado, no el de un acero inoxidable. El contenido de cromo está muy por debajo del nivel necesario para una película pasiva estable, por lo que la exposición sin protección a la humedad, cloruro o condensado ácido producirá una rápida corrosión general. En la práctica, el material se protege mediante enchapado, pintura, engrase o diseñando con un margen de corrosión.
Reglas de selección y errores comunes
El 316L austenítico no es inmune al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro. El riesgo aumenta con la temperatura, la concentración de cloruro y la tensión aplicada, y el grado generalmente se limita a niveles moderados de cloruro muy por debajo de su punto de ebullición atmosférico.
Los grados dúplex ofrecen alta resistencia al cloruro, pero su rango de temperatura de servicio es limitado porque la fase de ferrita está sujeta a fragilización a temperaturas elevadas.
Nunca mezcle familias en un sistema húmedo sin considerar el acoplamiento galvánico. Un componente inoxidable acoplado a acero al carbono o aleado acelerará el ataque al material menos noble.
La sensibilización en la zona afectada por el calor de los grados no estabilizados se puede evitar utilizando material estabilizado o con bajo contenido de carbono y controlando la entrada de calor de la soldadura.
La película pasiva puede destruirse en grietas y debajo de depósitos, por lo que el drenaje, la limpieza y el diseño de las juntas son tan importantes como la selección de la aleación.
Especifique la aleación por número en lugar de por descripción. El acero al cromo-níquel-molibdeno puede pertenecer a cualquiera de las tres familias anteriores, y las consecuencias de corrosión de elegir el incorrecto son graves.
Preguntas frecuentes
P: ¿Es el 40CrNiMo un acero inoxidable?
No. Es una aleación de acero estructural templado y revenido con menos del uno por ciento de cromo. Tiene alta resistencia y buena resistencia a la fatiga pero no tiene una película pasiva de acero inoxidable, por lo que debe protegerse contra la corrosión.
P: ¿Qué significa PREN?
El número equivalente de resistencia a las picaduras, calculado como cromo más 3,3 veces molibdeno más 16 veces nitrógeno. Los valores más altos indican una mejor resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruro.
P: ¿Por qué el acero inoxidable dúplex es mejor que el 316L en cloruros?
Los grados dúplex contienen más cromo, molibdeno y nitrógeno, lo que eleva el PREN a 34 o más para 2205 y a 40 o más para 2507. También tienen una estructura de dos fases que resiste el agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro mucho mejor que los grados austeníticos.
P: ¿Cuál es el límite de temperatura de servicio para el acero inoxidable dúplex?
El límite superior se establece por la fragilización de la fase de ferrita y generalmente se mantiene por debajo de aproximadamente 250 a 300 grados C dependiendo del grado y la especificación aplicable. El límite inferior lo establecen los requisitos de tenacidad.
P: ¿El molibdeno mejora la resistencia a todos los tipos de corrosión?
No. Es más eficaz contra la corrosión por picaduras y grietas en cloruros y contra ácidos reductores. No previene el ataque de medios fuertemente oxidantes ni de oxidación a alta temperatura, que dependen de otros elementos.
P: ¿Cómo se debe especificar el grado de cromo-níquel-molibdeno en un pedido?
Según la designación de grado exacta y el estándar de forma del producto, por ejemplo, 316L según ASTM A240 o 2205 dúplex según ASTM A240 con UNS S32205. Un nombre descriptivo por sí solo no es suficiente para la selección del material.
