Diferencia de rendimiento entre tuberías de acero inoxidable dúplex y tuberías de acero inoxidable austenítico

La diferencia de rendimiento entre las tuberías de acero inoxidable dúplex y las tuberías de acero inoxidable austenítico se debe a sus diferentes microestructuras y composiciones de aleación. La siguiente comparación se realiza a partir de dimensiones fundamentales como las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la procesabilidad, y se combina con escenarios de aplicación típicos para ilustrar:

1、 Comparación de la microestructura y la composición de aleación

Imagen 1

2、 Análisis de las diferencias de rendimiento fundamental

1. Propiedades mecánicas: diferencia de equilibrio entre resistencia y tenacidad

Acero inoxidable dúplex

Alta resistencia: La resistencia a la fluencia (σ ₀) ₂) puede alcanzar 450-650MPa, que es aproximadamente el doble de la del acero austenítico 304 (resistencia a la fluencia del 304 ≈ 210MPa), debido al efecto de "refuerzo de la frontera de fase" de la estructura bifásica; El efecto de refuerzo en solución sólida del nitrógeno (N) (contenido de N del 0.15%~0.3%).

Tenacidad moderada: La tenacidad al impacto a temperatura ambiente (AKV) es de aproximadamente 80-120J, menor que la del acero austenítico (por ejemplo, AKV ≈ 200J para el 316), pero mejor que la del acero ferrítico.

Acero inoxidable austenítico 

Baja resistencia: La resistencia a la fluencia suele ser ≤ 300MPa, pero la elongación (δ) puede alcanzar entre el 40% y el 60%. Tiene una excelente plasticidad y es adecuado para la conformación por estirado profundo (por ejemplo, vajilla de acero inoxidable).

Super tenacidad: La tenacidad al impacto no disminuye o incluso aumenta a bajas temperaturas (por ejemplo, -196 °C), lo que lo hace adecuado para equipos de gas natural licuado (LNG).

2. Resistencia a la corrosión: Diferencias de rendimiento en diferentes entornos

Acero inoxidable dúplex

Resistencia a la corrosión por picaduras y fisuras: Debido al efecto sinérgico de altos niveles de Cr (22% - 26%), Mo (2,5% - 5%) y N, el índice de resistencia a la corrosión por picaduras PREN (=Cr + 3,3Mo + 16N) puede alcanzar entre 40 y 50, significativamente mejor que el del 304 (PREN ≈ 22) y el 316 (PREN ≈ 29), adecuado para entornos que contienen Cl ⁻ (por ejemplo, agua de mar y agua salada química).

Resistencia a la corrosión por tensión (SCC): La estructura bifásica reduce la tendencia a la corrosión intergranular, y la fase ferrita puede bloquear la propagación de grietas en la austenita. En medios que contienen Cl ⁻, la resistencia a la SCC es mucho mejor que la del acero austenítico (por ejemplo, el 304, que es propenso a la SCC en entornos de agua de mar).

Acero inoxidable austenítico 

Resistencia a la corrosión: La película de pasivación Cr Ni es estable y muestra un rendimiento excelente en entornos como el ácido nítrico y la atmósfera, pero tiene una resistencia débil a la corrosión por picaduras en medios que contienen Cl ⁻.

Riesgo de corrosión intergranular: Si el contenido de carbono (C>0.03%) o el tratamiento térmico son inadecuados, el Cr ₂ ∝ C ₆ puede precipitar fácilmente, lo que conduce a la reducción de cromo. Esto se puede mejorar agregando Ti, Nb (como 321) o reduciendo C (como 304L).

3. Rendimiento de procesamiento y soldadura: Diferente adaptabilidad al proceso

Acero inoxidable dúplex

Duro endurecimiento rápido: Durante la conformación en frío, la resistencia aumenta rápidamente mientras que la plasticidad disminuye. Es necesario recocer en etapas (como el tratamiento de solución a 1050 ℃), de lo contrario es propenso a la fisuración.

La soldadura requiere control de temperatura: La zona afectada por el calor (HAZ) es propensa al crecimiento excesivo de ferrita o a la reducción de austenita, lo que conduce a una disminución de la tenacidad. Se requiere una corriente baja y una soldadura rápida, y no se necesita tratamiento térmico después de la soldadura (a menos que el espesor sea>30mm).

Acero inoxidable austenítico 

Excelente conformabilidad en frío: baja tasa de endurecimiento por deformación, se puede doblar repetidamente (como las tuberías de acero inoxidable corrugadas) y no requiere recocido intermedio.

Excelente soldabilidad: La estructura monofásica no es propensa a la tensión de transición de fase y se puede utilizar soldadura por arco convencional. Generalmente, no se requiere tratamiento térmico después de la soldadura (pero los grados de bajo carbono como el 316L deben evitar las zonas de temperatura de sensibilización de 400-800 ℃).

4. Rendimiento a alta y baja temperatura

Acero inoxidable dúplex

Buena resistencia a altas temperaturas: La resistencia de la fase ferrita disminuye lentamente a 500-600 ℃, lo que lo hace adecuado para tuberías de alta presión (como la refinación de petróleo), pero se debe evitar su uso a largo plazo a temperaturas ≤ 300 ℃ (para evitar la embritamiento causado por la precipitación de la fase σ).

La tenacidad a baja temperatura es limitada: la tenacidad al impacto comienza a disminuir por debajo de -50 ℃, lo que lo hace inadecuado para escenarios de temperaturas extremadamente bajas.

Acero inoxidable austenítico 

Resistencia a la oxidación a alta temperatura: El 310S (Cr25Ni20) puede soportar temperaturas altas de 1200 ℃ y se utiliza comúnmente en tubos de horno;

Ventaja a ultra bajas temperaturas: El 304L mantiene la tenacidad a -196 ℃ y se utiliza para tanques de almacenamiento de oxígeno líquido.

5. Magnetismo y costo

Acero inoxidable dúplex

Debil magnetismo: El contenido de fase ferrita determina la fuerza del magnetismo. Debido al equilibrio de las dos fases, el 2205 tiene un magnetismo más débil que el acero ferrita puro pero más fuerte que el acero austenítico.

Alto costo: El contenido de Mo y N es alto, y el proceso de fundición es complejo (requiere controlar la proporción de las dos fases), con un precio de aproximadamente 2-3 veces el del 304.

Acero inoxidable austenítico 

No magnético: una estructura austenítica única, adecuada para equipos sensibles al magnetismo (como dispositivos médicos).

Diferenciación de costos: El 304 es asequible, el 316 es un poco más caro debido a su contenido de Mo, y el acero austenítico super (como el 904L) tiene costos extremadamente altos debido a su alto contenido de Ni y Mo.

3、 Comparación de escenarios de aplicación típicos

Foto 3

4、 Resumen: ¿Cómo elegir?

Dar prioridad al acero inoxidable dúplex: Si el requisito es "alta resistencia + resistencia a la corrosión por Cl ⁻ + resistencia a la fisuración por tensión", como en la ingeniería marina y las tuberías de alta presión químicas, 2205/2507 es la opción preferida.

Dar prioridad al acero inoxidable austenítico: Si los requisitos son "alta plasticidad + tenacidad a baja temperatura + no magnetismo + bajo costo", como en equipos de alimentos, contenedores a baja temperatura y tuberías anticorrosivas convencionales, 304/316 es más adecuado.

La diferencia de rendimiento entre los dos es esencialmente una compensación entre "resistencia a la corrosión y resistencia" y "tenacidad y procesabilidad", lo que requiere una decisión integral basada en las condiciones de trabajo, los costos y los requisitos de proceso.

Etiquetas: Propiedad mecánica, Resistencia a la corrosión, Adaptabilidad a diferentes procesos