Porcentaje Atómico Aluminio
ACEROS INOXIDABLES DÚPLE
9.3 ALEACIONES BASE Ni.
Las aleaciones de Níquel, pueden contener aproximadamente entre el 40% y el 99% de Ni. Como el Ni puede disolver una gran cantidad y variedad de otros metales, las aleaciones de Ni se pueden adecuar para aplicaciones muy específicas. El elemento de aleación más común para el Ni es el Cromo (Cr). Otros elementos de aleación incluyen Molibdeno (Mo), Hierro (Fe), Tungsteno (W), cobre (Cu), Niobio (Nb), Titanio (Ti), etc. Las aleaciones de níquel se consideran entre las aleaciones más resistentes a la corrosión actualmente disponibles. Pueden dividirse en aleaciones resistentes a la corrosión (CRA) a temperaturas por debajo de 500ºC
y aleaciones de alta temperatura (HTA) a temperaturas por encima de los 500ºC. Mientras que las aleaciones resistentes a la corrosión (CRA) están principalmente diseñadas por su capacidad de resistir la corrosión en ambientes acuosos dando menor importancia a su resistencia mecánica, las superaleaciones o aleaciones de alta temperatura (HTA) se desarrollaron para combatir la corrosión en ambientes secos yo gaseosos, teniendo además que cumplir otros requisitos, como por ejemplo, tener suficiente resistencia mecánica, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión en el medio ambiente de la aplicación.
El Níquel es un elemento metálico bastante común, ya que se utiliza como componente en cientos de aleaciones, se usa como revestimientos resistentes a la corrosión y también como un catalizador. Aproximadamente el 61% de la producción mundial de Ni se utiliza en la fabricación de aceros inoxidables, que contiene aproximadamente un 10% de Ni en masa. Sólo alrededor del 12% de la producción mundial de Ni se utiliza en la fabricación de aleaciones de base níquel o también llamadas aleaciones ricas en Ni. Más del 90% del níquel que forma parte de los diferentes productos se puede reciclar al final de su vida útil, y no hay límites del número de veces que el metal Ni puede reciclarse.
Las aleaciones de Níquel son soluciones solidas del elemento Ni y de otros elementos de aleación. En general, la cantidad mínima de Ni en estas aleaciones es del orden del 50% en masa. Sin embargo algunas aleaciones tales como la aleación 800 y la aleación 28, se clasifican como parte de la familia de aleaciones de Níquel, aunque pueden contener menos del 35% de Ni. Al Ni se le pueden añadir una gran cantidad de elementos aleantes para producir una extensa variedad de aleaciones, algunas de las cuales fueron diseñadas para aplicaciones muy específicas, Las aleaciones resultantes todavía mantienen las microestructura cúbica centrada en las caras, gamma o austenítica del Ni puro. En contraste, las aleaciones de hierro, no pueden disolver tantos elementos de aleaciones como el Ni sin precipitar fases secundarias.
La primera aleación de comercial de Ni fue Ni-Cobre (Cu) o Monel, se introdujo en el mercado en el año 1905. Desde entonces, el Ni ha sido aleado con Molibdeno, Cromo, Tungsteno, Silicio, y una combinación de estos y otros elementos para producir una amplia familia de aleaciones. Algunas son muy populares (por ejemplo; Hastelloy C-276, Inconel 600), pero otras son más difíciles de conseguir pues están dedicadas a usos muy específicos. La lista de aleaciones
de níquel crece en forma continua. Ya que casi cada dos años una nueva aleación aparece en el mercado. La mayoría, si no todas las aleaciones más recientes, son modificaciones de aleaciones previas, y su desarrollo y comercialización son el resultado de la investigación.
Para una cierta aplicación industrial, las aleaciones de níquel son en general más resistentes a la corrosión que los aceros inoxidable austeníticos. Las aleaciones de níquel también son más caras que los éstos, principalmente porque el metal base (Ni) es más caro que el Fe, pero también porque las aleaciones de Níquel en general contiene una mayor variedad y cantidad de elementos aleantes. También, en muchos casos, algunas aleaciones de Ni no se encuentran fácilmente en el mercado y deben ser encaradas especialmente. Una de las grandes ventajas de las aleaciones de Ni son respecto a los aceros inoxidables austeníticos es su resistencia a la corrosión bajo tensión en ambientes conteniendo cloruros, muy comunes en todas las aplicaciones industriales.
Tanto las aleaciones CRA como HTA se han desarrollado principalmente para su uso en ´reas donde los aceros inoxidables base hierro, que son más baratos, no se desempeña bien o en áreas donde un componente de acero inoxidable corroído no puede ser reemplazado a bajo costo. Las principales aplicaciones de la CRA están en el área de soluciones de cloruro y de ácidos minerales a alta temperatura. Los aceros inoxidables austeníticos tienen una debilidad crónica que es la susceptibilidad a la corrosión bajo tensión en soluciones calientes de cloruro, mientras que las aleaciones de Ni son prácticamente inmunes debido al alto contenido de Ni. Otra aplicación de las aleaciones de níquel es en el manejo de ácidos minerales calientes, ya que el níquel puede disolver cantidades más grandes que el hierro de elementos de aleación beneficiosos (como el Mo).
ALEACIONES NiCr.
Existen principalmente dos grupos de aleaciones de NiCr[210,212,213]. Un primer grupo lo constituyen las aleaciones con un contenido en Ni entre el 40 al 50% y entre el 50 al 60% del Cr en peso. Estas aleaciones son usadas por su resistencia térmica y por su resistencia a la corrosión a altas temperaturas (hasta 1090ºC), en aplicaciones de elementos estructurales de las turbinas de generación de energía con ambientes corrosivos. Un segundo grupo, el cual incluye aleaciones con un contenido de entre 70 al 80% en peso de Ni y entre un 20 a un 30% en peso
de Cr, las cuales son usadas por su resistencia a la oxidación en aire hasta los 1150ºC.
El desarrollo de aleaciones Ni50%Cr and Ni60%Cr comenzó en la década de los 50, tras una gran serie de ensayos en laboratorio buscando una aleación con cierta estabilidad frente a la corrosión a elevadas temperaturas. Estos ensayos, fueron llevados a cabo por el “U.S. Naval Boiler& Turbine Laboratory”, con la idea de encontrar materiales que sirvieran de soporte de los tubos intercambiadores de calor de los supercalentadores de las calderas de la industria Naval, mejorando la resistencia a la corrosión por cenizas del combustible usado frente a las aleaciones usadas en ese momento, como son las estándar HH (25Cr-12Ni) y la HK (25Cr- 20Ni). Los resultados demostraron que las aleaciones (40-50%Ni, 50-60% Cr) mejoraban la resistencia al ataque de cenizas sintéticas simulando las producidas en el quemado del combustible en el orden de 12 a 45 veces[206].
Posteriores estudios realizados por Swalwa and Ward [207,208,209] entre otros, confirmaron el buen comportamiento de las aleaciones de NiCr en ambientes corrosivos por cenizas procedentes del quemado del combustible producidas a altas temperaturas. Demostrándose, que Las dos aleaciones tenían el mismo buen comportamiento a este ambiente a temperaturas de hasta 900ºC, pero a temperaturas en el rango de 900 a 100ºC la aleación con mayor contenido en C resultaba más recomendable. Aún así, debido a su mayor ductibilidad, maquinabilidad y soldabilidad, la aleación Ni50%Cr es la aleación mayormente utilizada en las plantas de generación de energía, refinerías y turbinas marinas a temperaturas por debajo de los 900ºC.