aceros inoxidables 1.pdf

(1)

1

ACEROS INOXIDABLES

Dr. Carlos Fosca

[email protected]

2 ACEROS INOXIDABLES

International Stainless Steel Forum.

http://www.worldstainless.org/NR/rdonlyres/9B25D843-CD1D-45AB-AA3F-C7AFE8A38631/3966/DemandIndexAllStainlessProducts1.pdf

Crecimiento de la producción mundial de acero inoxidable

3

ACEROS INOXIDABLES

Se definen como aceros inoxidables a aquellas aleaciones ferrosas que contienen como mínimo 10.5 %Cr, contenidos importantes de Ni, y en menor proporción elementos como Mo, N, Cu, Ti, V, etc.

Estas aleaciones son empleadas primariamente bajo condiciones ambientales normales (corrosión atmosférica, soluciones acuosas, aguas de río, agua de mar, etc.) y de manera específica en ambientes mas agresivos como ácidos orgánicos e inorgánicos y soluciones alcalinas.

[email protected]

4

9 Resistencia a la corrosión

9 Resistencia al calor y al fuego.

9 Higiene

9 Apariencia estética

9 Ventajosa resistencia específica

9 Fácil fabricación

9 Resistencia al impacto

9 Ecológico (100% reciclable)

9 Alta vida en servicio

Razones para elegir un acero inoxidable

(2)

5

Ferríticos

Duplex

Austeníticos

Super

Austeníticos

resistentes al Calor

Conteniendo Ni Básicamente con Cr

Martensíticos

Super

Ferríticos

La familia de los

“

inoxidables

”

[email protected]

6

En la actualidad, los aceros inoxidables se pueden clasificar en forma general en cinco grandes familias :

• Los aceros inoxidables ferríticos • Los aceros inoxidables austeníticos • Los aceros inoxidables martensíticos

• Los aceros inoxidables austeno-ferríticos (dúplex) • Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación Además de estos, existen otros nuevos tipos de aceros inoxidables como los aceros inoxidables ferrítico-martensíticos.

Clasificaci

ó

n de los aceros inoxidables

[email protected]

7

Clasificaci

ó

n de los aceros inoxidables

Austeníticos Cr-Ni , 66.8% Duplex, 0.8% Ferríticos, 23% Austeníticos Cr-Mn , 9.4%

Distribución de la producción mundial de aceros inoxidables en los tipos de inoxidables más

empleados (ISSF,2006).

[email protected]

8

Breve Metalurgia de los

aceros inoxidables

(3)

9

Breve Metalurgia de los aceros inoxidables

Diagrama Fe-Cr

El Cr es un elemento

“alfágeno”, es decir estabiliza

la ferrita

Aleaciones Fe-Cr con >

18%Cr presentan una sola

fase en estado sólido (ferrita)

[email protected]

10

Diagrama Fe-Ni

El Ni es un elemento

“gamágeno”, es decir

estabiliza la austenita

Aleaciones Fe-Ni son

completamente austeníticos

[email protected]

11

Diagrama Fe-Ni Diagrama Fe-Cr

El efecto del Cr y Ni combinados produce resultados muy complejos que dependerán de la

proporción de estos elementos presentes. ₁₂

Comienzo de la transformación γ→ α

Comienzo de la región γ + δ

T (°C)

En una aleación Fe-Cr-Ni

El Ni aumenta el dominio de

la fase γ y la estabiliza a

temperaturas bajas

(4)

13

El C es también gamageno y tiende a estabilizar la austenita y formar carburos

carburos

14

En una aleación Fe-Cr

1: 0,002% 3: 0,015% 4: 0.030% 6: 0,250%

El N desplaza la

zona γ , γ+δ a

mayores

contenidos de Cr

[email protected] 15

En una aleación Fe-Cr

El Mo desplaza la

zona de la

austenita (γ) a

menores

contenidos de Cr

El Ni amplia la

zona de la

austenita (γ) a

mayores

contenidos de Cr

[email protected]

(5)

17

En un acero inoxidable la temperatura de inicio de la transformación martensítica viene dado por:

Asi mismo, los aceros inoxidables austeníticos pueden inducir transformación martensítica por deformación plástica:

Md30(ºC) = 551-462(C+N) -9.2(Si) -8.1(Mn) -13.7(Cr)-29(Ni)-18.5(Mo) -29(Cu)

-68(Nb)-1.42(#ASTM-8)

Nohara, 1977) Md30(ºC) : temperatura a la cual un 50% de austenita es transformada a martensita por deformación en frío para un grado de deformación del 30%

18

Representación espacial de un diagramas ternario Los aceros inoxidables

son aleaciones que poseen al menos Fe-Cr-Ni. El estudio de las fases presentes en estado sólido se realiza a través de un diagrama ternario. Si además le agregamos C al sistema su representación requeriría un diagrama ternario 19

Secciones isotérmicas del

diagrama ternario Fe-Cr-Ni

20

Diagramas seudo-binarios Fe-Cr-Ni

(6)

21

Diagramas seudo-binarios Fe-Cr-Ni

[email protected]

22

Diagrama Schaeffler de aceros inoxidables Elementos gamágenos: Ni, C, Mn, Cu, Co, N Elementos alfágenos:

Cr, Mo, Si, V, Al, Nb, Ti, W

23

Precipitación de fases secundarias

Diagrama ternario Fe-Cr-C a 900ºC Termodinámicamente

la austenita y la ferrita no son las únicas fases estables en los aceros

inoxidables. Carburos (M₂₃C₆) Fase sigma, etc.

http://www.sv.vt .edu /classes/MSE20 94 _N oteBook/96ClassProj/experimental/tern1.html 24

Precipitación de fases secundarias

Sección de diagrama Fe-Cr-C para 0.1%C http:/

/www.msm.cam.ac.uk /phase-t rans/2005/ S tainle ss_steels/stainless.htm l Termodinámicamente la austenita y la ferrita no son las únicas fases estables en los aceros

inoxidables. Carburos (M₂₃C₆) Fase sigma, etc.

(7)

25

Precipitación de fases secundarias

Ni16Nb6Si7, Ni16Ti6Si7 fcc G-Phase Fe36Cr12Mo10 bcc Chi-phase Fe2Mo, Fe2Nb hexagonal Laves phase Fe,Ni,Cr,Mo tetragonal Sigma (FeCr)21Mo3C; Fe3Nb3C; M5SiC diamond cubic M6C Cr16Fe5Mo2C (e.g.) fcc M23C6 CrNbN tetragonal Z-phase TiN fcc TiN TiC fcc TiC NbN fcc NbN NbC fcc NbC Composición Estructura Precipitado [email protected] 26

[email protected] Fase Fe Cr Mo Ni M23C6 18 63 14 5 Sigma 55 29 11 5 Chi 52 21 22 5 Laves 38 11 45 6

Acero inox resto 17,3 2,66 13,1

Precipitación de fases secundarias

27

Precipitación de fases secundarias:

acero

0,02%C

-17%Cr-13%Ni-

2,7%Mo

horas

°C

28

Precipitación de fases secundarias:

acero 0,05%C-17%Cr-13%Ni-

4,9%Mo

-0,04%N

horas

°C

(8)

29

Precipitación de fases secundarias

Corrosión intergranular

[email protected]

CARACTER

CARACTERÍ

ÍSTICAS:

STICAS:

•No sufren transformación

alotrópica - salvo algunos

grados, ej: 412 (12%Cr),

430 (17%Cr)

•Son magnéticos

•no pueden ser

endurecidos por temple

(solamente por acritud).

412 (12%Cr) 430 (17%Cr)

[email protected]

34

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

412 (12%Cr) 430 (17%Cr)

Ms (ºC):

AISI 304 = -93ºC

AISI 304L = -52ºC

AISI 316 = -164ºC

AISI 316L = -373ºC

AUSTENÍTICOS

AISI 409 = 292ºC

AISI 412 =

AISI 430 = 220ºC

FERRÍTICOS [email protected] 35

VENTAJAS:

• Son aceros inoxidables económicos

• Tienen buena resistencia a la corrosión localizada en

medios conteniendo

Cl-Aceros Inoxidables

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

DESVENTAJAS:

•Susceptibles al crecimiento de grano

•Susceptibles a la precipitación de

fases secundarias : carburos y fase

sigma

•Mas difíciles de soldar que los

austeníticos

• Susceptibles a la fragilización por

hidrógeno

[email protected]

36

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

(10)

37

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

[email protected]

38

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

Ti=0,2 + 4(C+N) min 0,03 0,04 0,5 18 1,0 1,0 0,07 439 3,8Mo 0,02 0,025 2,2 29 0,2 0,3 0,010 Al 29-4-2 2,0Al, 0,4Ti --18 1,0 0,3 0,04 18SR 2,25Mo, 0,035N max 0,03 0,04 1,0 18,5 1,0 1,0 0,025 444 (18-2) Ti=5%C min (*) 0,03 0,04 0,75 17,5 1,0 1,0 0,10 430Ti 0,25N 0,03 0,04 --25 1,0 1,5 0,20 446 --0,03 0,04 --21 1,0 1,0 0,20 442 1,0Mo, Nb+Ta=5% 0,03 0,04 --17 1,0 1,0 0,12 436 1,0Mo 0,03 0,04 --17 1,0 1,25 0,12 434 0,6Mo (**) >0,15 0,06 --17 1,0 1,25 0,12 430F --0,03 0,04 --17 1,0 1,0 0,08 430 Nmax 0.030 1.0 11 0.03 40977 Ti = 6%C min (*) 0,045 0,05 --11 1,0 1,0 0,08 409 0,2 Al 0,03 0,04 --13 1,0 1,0 0,08 405 Otros %S %P %Ni %Cr %Si %Mn %C AISI

aceros inoxidables super-ferríticos

[email protected]

39

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

Níquel Molibdeno

El crecimiento continuo del precio de los metales Ni y Mo han elevado el precio de los aceros inoxidables con altos contenidos de Ni (60% costo de estas aleaciones) como los austeníticos.

Ello ha atraído la atención a los aceros inoxidables ferríticos

[email protected]

40

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

Tubos de escape

http://www.justbars.com/ http://www.perrinperformance.com/

Equipos de cocina

APLICACIONES:

[email protected]

(11)

41

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

[email protected] 18Cr-Cb 18Cr-10Ni 11%Cr 18Cr

Tubos de escape

http://www.perrinperformance.com/

Porque fabricar tubos de escape

de inox ferríticos?

42

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

[email protected] 18Cr-Cb 18Cr-10Ni 11%Cr 18Cr

Tubos de escape

http://www.perrinperformance.com/

Porque fabricar tubos de escape

de inox ferríticos?

43

Aceros Inoxidables

Ferr

í

ticos

En los últimos años se han desarrollado aceros inoxidables ferríticos diseñados especialmente para su empleo en la fabricación de tubos de condensadores para agua de mar. Aleaciones para esta aplicación suelen tener contenidos de Cr > 26% y de Mo > 3% y se les denomina aceros inoxidables super-ferríticos.

http://img.alibaba.com/photo/51813182/Sea_Water_Cooler_used_in_ship.jpg

[email protected]

44

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

(12)

45

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

Estas aleaciones estan constituidas por una sóla fase: AUSTENITA. %Cr : 18-25, %Ni :9 -35%, %Mo:0-6

Son las aleaciones mas populares, especialmente el grado AISI 304 que constituye mas del 50% de la producción de todos los aceros inoxidables producidos.

CARACTER

CARACTERÍÍSTICAS:STICAS:

9 No sufren transformación alotrópica 9 Son no magnéticos

9 no pueden ser endurecidos por temple (solamente por acritud).

[email protected]

46

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

VENTAJAS:

9 Son aceros inoxidables muy resistentes a la corrosión.

9 Son dúctiles y muy tenaces

9 Se sueldan sin dificultad

DESVENTAJAS:

9 susceptibles a la precipitación de fases secundarias :

carburos y fase sigma

9 susceptibles a la corrosión localizada debida a Cl

-9 Pueden fragilizarse por CBT

Aceros

Inoxidables

Austen

í

ticos

los aceros inoxidables “super-austeníticos” poseen adiciones mayores de Cr, Mo y N. (Ej: Avesta™ 254 SMO)

AISI %C %Mn %Cr %Ni Otros

303 0,15 2,0 18 9,0 0,06Mo 304 0,08 2,0 19 9,2 ----316 0,08 2,0 17 12 2,0Mo 317 0,08 2,0 19 13 3,5Mo 321 0,08 2,0 19 14 Ti = 5xCmin 347 0,08 2,0 18 11 Cb+Ta = 10xC min

20 Mo6 0,03 1,0 24,0 35,0 5,7Mo, 3Cu

254

SMO 0,03 1,0 20 18 6,2Mo, 0,7Cu,

0,2N ₄₈

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

(13)

49

Incremento de la

resistencia mecánica por

deformación en frío.

También es posible la

transformación parcial de

la austenita en martensita

por efecto de la

deformación plástica

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

[email protected]

50

Incremento de la resistencia mecánica por deformación

en frío.

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

AISI 304 = -93ºC

-10ºC

AISI 304L = -52ºC

+14ºC

AISI 316 = -164ºC

-84ºC

AISI 316L = -373ºC

-154ºC

Ms M_d30 [email protected] 51

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

AISI 304 = -93ºC

-10ºC

AISI 304L = -52ºC

+14ºC

AISI 316 = -164ºC

-84ºC

AISI 316L = -373ºC

-154ºC

Ms M_d30 14.0 10.0 8.0 4.5 4.2 4.0 % martensita 0.995 0.470 0.420 0.278 0.195 0.148 deformación

% martensita en función de la deformación en 316L

Han-Shen Wang, J. R. Yang and H. K. D. H. Bhadeshia (2005)

ticos

[email protected]

55

La resistencia eléctrica de los inox. austeníticos es 6 veces mayor que la de un acero al carbono ordinario

La conductividad térmica de los inox austeníticos es 60% menor que la de los aceros al carbono

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

[email protected]

56

Aceros Inoxidables

Austen

í

ticos

Aplicaciones:

Aplicaciones marinas Aplicaciones criogénicas Aplicaciones domésticas Aplicaciones industriales

Aplicaciones en Construcción civil Aplicaciones a elevadas temperaturas

Dr. Carlos Fosca

(15)

57

Aplicaciones de aceros inoxidables

Aplicaciones de aceros inoxidables austenaustenííticosticos

Barras corrugadas Estructura de vehículos (trenes) Elementos estructurales decorativos [email protected] 58

Barras corrugadas Aplicaciones arquitectónicas (Frank Gehry)

Walt Disney Concert Hall, Los Angeles

Hotel Marques de Riscal, España

http://imageshack.us/

http://thomasmayerarchive.de/

[email protected]

59

Aplicaciones arquitectónicas

http://architecturelab.net/

Helios House, Los Angeles

[email protected]

60

Intercambiadores de calor, reactores, líneas de tuberías, bombas

(16)

61

Recipiente de filtro de AISI 316

Tubería de calentamiento de inox 316

Aplicaciones de aceros inoxidables austenaustenííticosticos _{Dr. Carlos Fosca}

[email protected]

62

Aceros Inoxidables

Martens

í

ticos

[email protected]

63

Aceros Inoxidables

Martens

í

ticos

Son aleaciones que pueden endurecerse por tratamiento térmico (transformación martensítica) elevando su dureza y resistencia al desgaste.

%C: 0,15-1,0, %Cr: 12-18,

CARACTER

9 Se endurecen por temple 9 Son magnéticos

VENTAJAS: VENTAJAS:

9 Son aceros inoxidables muy resistentes mecánicamente (>1400 MPa )

9 Dureza por temple y revenido: 40-60HRC 9 Son poco tenaces

9 Difícilmente soldables

[email protected]

64

DESVENTAJAS:

9 susceptibles a la precipitación de fases

secundarias : carburos

9 Poseen una baja resistencia a la corrosión

9 Pueden fragilizarse por CBT y por hidrógeno

Aceros Inoxidables

Martens

í

ticos

(17)

65

AISI %C %Mn %Cr %Ni Otros

403 0,15 1,0 12,2 --410 0,15 1,0 12,2 --410S 0,08 416 0,15 1,25 13 -- 0,6 Mo 431 0,20 1,0 16 1,9 440A 0,67 1,0 17 -- 0,75Mo 416 PLUS 0,15 1,0 13 -- 0,6 Mo

Variaciones del mismo tipo de acero inoxidable: 440A 0,70 %C 440B 0,80 %C 440C 1,10 %C 440F 1,10 %C + 0,1-0,35%S

Aceros Inoxidables

Martens

í

ticos

66

Aceros Inoxidables

Martens

í

ticos

Ms (ºC) Inox 420 416 414 410 403 212 205 164 221 221 [email protected]

ticos

[email protected]

72

El acero inoxidable mas representativo: AISI 410 (12%Cr- 0,15%C- 1,0%Mn) que junto al acero AISI 430 puede ser empleado en la fabricación de pernos, ejes de bombas, válvulas, alabes de turbinas a gas y vapor.

Aceros inoxidables martensíticos de alto contenido de carbono (> 0,2%C) son empleados como acero para cuchillería (tipos AISI 420 y AISI 440).

Aplicaciones:

Partes de válvulas, componentes de turbina, cuchillería, pernos, partes de máquinas

Aceros Inoxidables

Duplex

Son aleaciones que tienen una microestructura de ferrita + austenita (50%)

%Cr: 18-27 %Ni: 4-7, %Mo: 0,2-4

CARACTER

9 No se pueden templar 9 Son magnéticos

VENTAJAS: VENTAJAS:

9 Son aceros inoxidables muy resistentes mecánicamente (600 - 800 MPa )

9 Son mas tenaces que los ferríticos pero menos que los austeníticos 9 Fácilmente soldables

9 Muy buena resistencia a la corrosión localizada en presencia de Cl

DESVENTAJAS:

9 susceptibles a la

precipitación de

fases secundarias :

carburos, fase σ,

fase chi,...

Aceros Inoxidables

Duplex

(20)

77

Nombre %Cr %Ni %Mo %N Otros

SAF 2304

UR 35N 23 4 0,20 0,10

UR 50 21 7 2,5 0,07 1,5Cu

VEW A903 18,5 5 2,7 0,07 1,5Si

UR 45N 22 5,3 3 0,16 SAF 2205 DP-3 25 6,5 3,0 0,16 0,5Cu, 0,3W UR 52N 25 6,5 3,0 0,18 1,6Cu VEW A905 26 3,7 2,3 0,34 6 Mn ZERON 100 25 7 3,6 0,25 0,7Cu, 0,7w UR 52N+ 25 6 3,8 0,26 1,5Cu

Los aceros inoxidables super-duplex (25%Cr-7%Ni-4%Mo-0,25%N) poseen una resistencia a la corrosión por picaduras equivalente a la de los aceros inoxidables super-austeníticos.

Aceros Inoxidables

Duplex

78

Aplicaciones:

• Industria de generación de energía • Industria Off-shore

• Industria química

• Intercambiadores de calor • buques tanque

• recipientes a presión

• Bombas de fluidos corrosivos

Aceros Inoxidables

Duplex

[email protected] 79 Tanque para almacenamiento de sustancias químicas Duplex 2205

Reactor de 10,000 litros con elmentos de calefacción y enfriamiento

Aceros Inoxidables

Duplex

Barras de construcción recubiertas de capa de acero inoxidable [email protected] 83

Aceros Inoxidables

Duplex

Edificio en Helsinki fabricado de acero inox.

Duplex LDX 2101 84

Aceros Inoxidables

Duplex

Edificio en Helsinki fabricado de acero inox. Duplex LDX 2101

(22)

85

Aceros inox. duplex de bajo costo

Tubería flexible para instalaciones submarinas S2003 . Presenta > resistencia mecánica y a la corrosión que el 316. Menores espesores de tubería permite una reducción de costos y de peso.

Aceros Inoxidables

Duplex

86

Aceros inox. duplex de bajo costo

US$ 4320

48”x96”x1/4”

2304

US$ 5210

48”x96”x1/4”

2205

US$ 2103

48”x96”x1/4”

2101

US$ 7107

48”x96”x1/4”

317L

US$ 2906

48”x96”x1/4”

316L

US$ 2531

48”x96”x1/4”

304L

CARACTER

9 Se endurecen por tratamiento térmico de precipitación: formación de partículas intermetálicas muy finas (fase de Laves, Ni3(Al,Ti), carburos, fosfuros).

(23)

89

Aceros Inoxidables

Endurecibles

por

precipitaci

ó

n (PH)

[email protected]

90

Aceros Inoxidables

Endurecibles

por

precipitaci

ó

n (PH)

VENTAJAS:

9 Son aceros inoxidables muy resistentes

mecánicamente (hasta

1700 MPa )

9 Dureza después de T.T.: hasta 48HRC

9 Ductilidad y tenacidad aceptables

Aceros Inoxidables

Endurecibles

por

precipitaci

ó

n (PH)

[email protected] 92 DESVENTAJAS: DESVENTAJAS: 9 Resistencia a la corrosión limitada

9 Pueden fragilizarse por CBT y por hidrógeno

Eje portahélice para embarcación marina

Aplicaciones:

9 Elementos de máquinas 9 Elementos estructurales para aeronaves, ejes portahélices de aplicación naval.

Aceros Inoxidables

Endurecibles

por

precipitaci

ó

n (PH)

(24)

93

Aceros Inoxidables

Aceros Inoxidables EndureciblesEndureciblespor precipitacipor precipitacióón (PH)n (PH)

[email protected]

94

Aceros Inoxidables

Endurecibles

por

precipitaci

ó

n (PH)

[email protected]

95

Propiedades mec

á

nicas de los

aceros inoxidables

[email protected]

96

PROPIEDADES MEC

PROPIEDADES MECÁÁNICAS DE LOS ACEROS INOXIDABLESNICAS DE LOS ACEROS INOXIDABLES

AUSTENÍTICOS X2CrNi1911 304L 220 520-670 45 90 X2CrNiMo17-12-2 316L 240 530-680 40 90 X1CrNi25-21 310S 200 470-670 40 90 X2CrNiMoN 17-13-3 316N 300 580-780 35 90 X2CrNiMo18-12-4 317L 240 550-700 35 90 X2CrMnNiN 18-9-5 202 340 680-880 45 90 FERRITICOS X6CrAl13 410 240 400-600 19 X6Cr17 430 250 450-600 20 X2CrMoTi 29-4 430 550-700 18 MARTENSÍTICOS X12Cr13 403 450 650-850 15 25 X12CrS13 416 450 650-850 15 25 X20Cr13 420 500 700-850 13 25 X17CrNi16-2 431 600 800-950 12 20 DUPLEX X2CrNiN 23-4 400 600-850 20 90 X2CrNiMoN 22-5-3 480 660-950 25 90 X2CrNiMoCuN 25-6-3 500 690-940 17 90 X2CrNiMoCuWN 25-7-4 530 730-930 25 90

ENDURECIBLES POR PRECIPITACIÓN

X5CrNiCuNb16-4 720 930-1100 16 40

17-4PH 1300 1410 14

---UNE-EN10088 AISI _ElásticoLímite (N/mm2₎ Resistencia a tracción (N/mm2₎ Elongación % min Resiliencia ISO-V Min (Joule) [email protected]

(25)