Sandvik SAF 2304®: Acero inoxidable dúplex lean premium para alta resistencia a la corrosión

Descripción general

Sandvik SAF 2304® es un acero inoxidable dúplex lean (austenítico-ferrítico) que se caracteriza por:

• Muy buena resistencia a la corrosión bajo tensión (SCC)
• Buena resistencia a la corrosión general y por picaduras
• Alta resistencia — aproximadamente el doble del límite elástico de los aceros inoxidables austeníticos
• Propiedades físicas que ofrecen ventajas de diseño
• Facilidad de fabricación y buena tenacidad
• Buena soldabilidad

Más información técnica y gráficos relevantes sobre rendimiento mecánico, físico y de corrosión se muestran en las figuras de la página del material.

Propiedades

Generales

Propiedad	Temperatura	Valor	Comentario
Densidad	23 °C	7,8 g/cm³
Contenido reciclado		82,1 %	Contenido reciclado promedio

Mecánicas

Propiedad	Temperatura	Valor	Comentario
Módulo de elasticidad	20 °C	200 GPa
	100 °C	194 GPa
	200 °C	186 GPa
	300 °C	180 GPa
Alargamiento	23 °C	25 %	Mín.
Alargamiento A2	23 °C	25 %	Mín.
Dureza Rockwell C	23 °C	30	Máx.
Resistencia a la tracción	23 °C	630–820 MPa	Para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
Límite elástico Rp0,2	20 °C	400 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
	50 °C	370–420 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
	100 °C	330–380 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
	150 °C	310–360 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
	200 °C	290–340 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
	250 °C	280–330 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).
	300 °C	270–310 MPa	Mín. según espesor de pared (para tubos con diámetro exterior máx. 25,4 mm se garantiza límite elástico 0,2 % 450 MPa y resistencia a la tracción mín. 690 MPa (ASTM A789).

Térmicas

Propiedad	Temperatura	Valor	Comentario
Coeficiente de expansión térmica	100 °C	1,35 × 10⁻⁵ 1/K	Para 30 °C hasta la temperatura indicada
	200 °C	1,4 × 10⁻⁵ 1/K	Para 30 °C hasta la temperatura indicada
	300 °C	1,45 × 10⁻⁵ 1/K	Para 30 °C hasta la temperatura indicada
	400 °C	1,45 × 10⁻⁵ 1/K	Para 30 °C hasta la temperatura indicada
Calor específico	20 °C	490 J/(kg·K)
	100 °C	505 J/(kg·K)
	200 °C	530 J/(kg·K)
	300 °C	550 J/(kg·K)
	400 °C	590 J/(kg·K)
Conductividad térmica	20 °C	16 W/(m·K)
	100 °C	17 W/(m·K)
	200 °C	18 W/(m·K)
	300 °C	19 W/(m·K)
	400 °C	21 W/(m·K)

Composición química (peso %)

Elemento	Valor	Comentario
Carbono	0,03 %	Máx.
Cromo	22,5 %
Cobre	0,3 %
Hierro	Balance
Manganeso	2 %	Máx.
Molibdeno	0,3 %
Níquel	4,5 %
Nitrógeno	0,1 %
Fósforo	0,04 %	Máx.
Silicio	1 %	Máx.
Azufre	0,015 %	Máx.

Propiedades tecnológicas

Áreas de aplicación

Sandvik SAF 2304® posee buenas propiedades mecánicas y físicas, excelente resistencia a la corrosión bajo tensión y otras formas de corrosión, así como buena soldabilidad. Estas propiedades lo convierten en una alternativa técnicamente y económicamente superior a aceros inoxidables como los austeníticos ASTM 304, 304L, 316, 316L, 321 y 347, los ferríticos ASTM 430 y 444 y los martensíticos ASTM 410 y 420. También ofrece ventajas sobre aceros de baja aleación.

Las buenas propiedades mecánicas y de corrosión hacen de Sandvik SAF 2304® una opción económica en muchas aplicaciones al reducir el coste del ciclo de vida de los equipos. Su alta resistencia y dureza lo hacen una alternativa atractiva a los aceros austeníticos en estructuras sometidas a cargas pesadas o desgaste.

La siguiente tabla muestra ejemplos donde Sandvik SAF 2304® ofrece ventajas sobre otros materiales:

Industria	Aplicaciones	Material actual	Ventajas de Sandvik SAF 2304®
Industria de procesos	Intercambiadores de calor y tuberías con presencia de cloruros	ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Mayor resistencia a SCC
	Tubería de instrumentación, trazado de vapor	ASTM 304/304L AISI 316/316L	Mayor resistencia a SCC
Petroquímica	Reactores tubulares para altas temperaturas donde se usa acero al carbono para el casquillo	ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Coeficiente de expansión térmica comparable al acero al carbono
Papel y celulosa	Precalentador de digestor Evaporadores	ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Mayor resistencia a SCC Mayor resistencia a SCC
	Energía nuclear	Recalentadores	Aceros al carbono ASTM 430 ASTM 304/304L	Facilidad de fabricación, buena resistencia a la corrosión
Energía	Calentadores de agua de alimentación	ASTM 430 ASTM 304/304L	Alta resistencia a SCC, alta resistencia y facilidad de fabricación
Ingeniería	Vigas y ejes de transmisión de par	Aceros al carbono ASTM 304/304L ASTM 316/316L	Alta resistencia combinada con excelente resistencia a la corrosión, facilidad de fabricación y bajo coste
Sistemas hidráulicos	Tubería hidráulica	Aceros al carbono	Excelente resistencia a la corrosión Coste de instalación reducido por fácil limpieza
Petróleo y gas	Enfriadores on/offshore. Tuberías y líneas de flujo on/offshore	Aceros al carbono ASTM 304/304L ASTM 316/316L ASTM 420	Combinación óptima de resistencia, soldabilidad, resistencia a la corrosión y coste
	Sistemas de tensado en plataformas offshore. Tubería de instrumentación	ASTM 304/304L ASTM 316/316L Aceros al carbono	Alta resistencia combinada con alta resistencia a la corrosión

Certificaciones

Aprobaciones:

• Aprobado por ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Sección VIII, div. 1 construcción.
• ASME B31.3 Process Piping
• VdTÜV-Werkstoffblatt 496
• Aprobado por DNV para uso general en barcos
• PED 2014/68/EU

Si Sandvik SAF 2304® se expone a temperaturas superiores a 280 °C (540 °F) durante períodos prolongados, la microestructura cambia, reduciendo la tenacidad al impacto. Esto no necesariamente afecta el comportamiento a temperatura de operación; por ejemplo, tubos de intercambiadores de calor pueden usarse a temperaturas más altas sin problemas. Contacte a Sandvik para más información. Para aplicaciones de vasos de presión, 280 °C (540 °F) es el máximo requerido según VdTÜV-Wb 496.

Conformado en frío

La fuerza inicial para curvado es ligeramente mayor que para ASTM 304/316. Sandvik SAF 2304® puede curvarse en frío hasta 25 % deformación sin requerir tratamiento térmico posterior. En condiciones de servicio donde aumenta el riesgo de corrosión bajo tensión (p. ej. temperatura del material cerca de 125 °C (255 °F) en entorno neutro con oxígeno y ~100 ppm Cl⁻), se recomienda tratamiento térmico incluso después de curvado moderado. Para aplicaciones de vasos de presión en Alemania y países nórdicos, el tratamiento térmico puede ser requerido tras deformación en frío según VdTÜV-Wb 496 y NGS 1607. El tratamiento se realiza como recocido en solución (ver «Tratamiento térmico») o recocido por resistencia.

Propiedades de corrosión

Corrosión general

Debido a su alto contenido de cromo y composición bien balanceada, Sandvik SAF 2304® posee excelente resistencia a la corrosión en entornos ácidos. La tabla siguiente muestra la velocidad de corrosión en diferentes ácidos.

Conc. (% peso)	Temperatura (°C/°F)	SAF 2304	ASTM 304L	ASTM 316L
Ácido acético CH₃COOH
20	Ebullición	0,01 (0,4)		0,01 (0,4)
50	Ebullición	0	0,04 (1,6)	0
70	Ebullición	0
90	Ebullición	0,01 (0,4)
Ácido fórmico HCOOH
5	60 (140)	0
10	Ebullición	0,04 (1,6)	0,80 (32)	0,19 (7,6)
30	60 (140)	0
30	90 (194)	0
80	90 (194)	0		0,50 (20)
90	60 (140)	0
Ácido clorhídrico HCl
0,5	40 (104)	0		0
1	40 (104)	0,30 (12)		0,70 (28)
Ácido nítrico HNO₃ (5×2 días)
65	Ebullición	0,16 (6,4)	0,16 (6,4)	0,30 (12)
Ácido fosfórico H₃PO₄
30	Ebullición	0,10 (4)	0,20 (8)	0,07 (2,8)
50	100 (212)	0,04 (1,6)	0,09 (3,6)	0,21 (8,4)
60	90 (194)	0,01 (0,4)	0,2 (0,8)	0,02 (0,8)
80	80 (176)	0,01 (0,4)	0,01 (0,4)	0,06 (2,4)
Ácido sulfúrico H₂SO₄
5	60 (140)	0
5	90 (194)	0,06 (2,4)	3,6 (144)
10	60 (140)	0,10 (4)		0,66 (26,4)
10	70 (158)	0,14 (5,6)		1,7 (68)
10	80 (176)	0,20 (8)		7,9 (316)
15	50 (122)	0,17 (6,8)		0,47 (18,8)
20	30 (86)	0,20 (8)		0,02 (0,8)

Velocidades de corrosión en mezclas ácido-agua, mm/año (mpy). Probetas activadas, 1+3+3 días, promedio de los dos últimos períodos para dos probetas.

Corrosión por picaduras

La resistencia a la picadura se determina principalmente por el contenido de cromo y molibdeno, pero el nitrógeno también influye. La práctica de fabricación y soldadura es vital para el desempeño real.

Un parámetro para comparar la resistencia a la picadura es el número PRE (Equivalente de Resistencia a la Picadura):

PRE = % Cr + 3,3 × % Mo + 16 × % N

El número PRE para Sandvik SAF 2304® es considerablemente superior al de ASTM 304L y comparable al de ASTM 316L. Las pruebas potenciostáticas en soluciones con diferentes contenidos de cloruro (pH = 6) se muestran en la Figura 7. La temperatura crítica de picadura para SAF 2304® es superior a la de ASTM 304L y comparable a la de ASTM 316L, coincidiendo con el ranking PRE.

Corrosión bajo tensión (SCC)

Gracias a su estructura bifásica y composición balanceada, Sandvik SAF 2304® posee muy buena resistencia a SCC. Esto se evidencia en pruebas en soluciones concentradas de cloruro y en entornos diluidos con oxígeno.

La Figura 8 muestra resultados en solución 40 % CaCl₂ a 100 °C (210 °F). La tensión umbral para fractura por SCC es mucho mayor para SAF 2304® que para ASTM 304/304L y 316/316L, demostrando su superioridad.

La soldadura de SAF 2304® no reduce apreciablemente la resistencia a SCC si se siguen las recomendaciones. La tensión umbral de material soldado con TIG (Sandvik 22.8.3.L) o MMA (Sandvik 22.9.3.LR) está a nivel del metal base.

La Figura 9 presenta resultados de ensayos SCC en soluciones de cloruro a alta temperatura y presión. La curva para SAF 2304® se basa en pruebas en diversos contenidos de cloruro y temperaturas. El método usó probetas con muelle cargadas a Rp0,2 a la temperatura de ensayo o curvadas en U con tensión en el vértice igual o superior a Rp0,2 del material recocido. Contenido de oxígeno en agua de entrada: 4,6–10 ppm, pH 4,5–7. La curva para ASTM 304/304L y 316/316L se basa en resultados publicados y experiencia práctica.

Los resultados indican que SAF 2304® puede usarse en soluciones diluidas de cloruro con oxígeno hasta ~125 °C (260 °F) sin riesgo de SCC, mucho más alto que ASTM 304/304L y 316/316L (no usar arriba de 60 °C/140 °F). A temperaturas >125 °C, SAF 2304® no debe usarse en soluciones con oxígeno y >10 ppm Cl⁻; para tales condiciones se recomienda Sandvik SAF 2205™, SAF 2507® o Sanicro® 28. A bajos contenidos de oxígeno (comunes en industria de procesos y energía), SAF 2304® tolera contenidos de cloruro y temperaturas considerablemente mayores sin riesgo de SCC.

Corrosión intergranular

SAF 2304® pertenece a la familia de aceros dúplex modernos cuya composición química permite que la reformación de austenita en la zona afectada por calor adyacente a la soldadura ocurra rápidamente. Esto resulta en una microestructura que da propiedades de corrosión y tenacidad similares al metal base. Uniones soldadas en SAF 2304® pasan fácilmente la prueba de corrosión intergranular de Strauss según SS-EN ISO 3651-2 Método A.

Corrosión por grietas

Al igual que la resistencia a la picadura, la resistencia a la corrosión por grietas se relaciona con los contenidos de cromo, molibdeno y nitrógeno. SAF 2304® posee mejor resistencia que aceros tipo ASTM 304/304L y es comparable con ASTM 316/316L.

Corrosión por erosión

Los aceros tipo ASTM 304/304L y 316/316L pueden ser atacados por corrosión-erosión si se exponen a medios fluidos con partículas abrasivas (arena) o velocidades muy altas. Bajo tales condiciones, SAF 2304® muestra muy buena resistencia gracias a su combinación de alta resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión.

Fatiga por corrosión

SAF 2304® posee mayor resistencia y mejor resistencia a la corrosión que los aceros austeníticos ordinarios. Consecuentemente, tiene considerablemente mejor resistencia a la fatiga en condiciones corrosivas que dichos aceros.

Expansión

En comparación con aceros inoxidables austeníticos, SAF 2304® tiene un límite elástico más alto. Esto debe considerarse al expandir tubos en tuboplacas. Los métodos normales de expansión pueden usarse, pero la expansión requiere mayor fuerza inicial y debe realizarse en una sola operación. Contacte para recomendaciones detalladas sobre expansión de aceros dúplex.

Tratamiento térmico

Los tubos se entregan normalmente en condición de tratamiento térmico. Si se necesita tratamiento adicional por procesamiento posterior, se recomienda:

Recocido en solución: 930–1050 °C (1710–1920 °F), enfriamiento rápido al aire o agua.

Conformado en caliente

El curvado en caliente se realiza a 1100–950 °C (2010–1740 °F) y debe seguirse de recocido en solución.

Mecanizado

Al ser un material bifásico (austenítico-ferrítico), SAF 2304® presenta un perfil de desgaste de herramienta diferente al de aceros monofásicos tipo ASTM 304L. La velocidad de corte debe ser ligeramente inferior a la recomendada para ASTM 304L; como primera recomendación, usar velocidades 25 % menores que para Sanmac 304/304L. Se recomienda usar un grado de inserto más tenaz para operaciones de desbaste, Sanmac® 304/304L.

Otros

Formas de suministro:

• Tubo sin costura en SAF 2304® se suministra en dimensiones hasta 260 mm de diámetro exterior. Condición de entrega: recocido en solución y decapado blanco o recocido brillante.
• Para aplicaciones de tubería hidráulica, SAF 2304® también se comercializa bajo el nombre PW 400.

Otras formas de suministro:

• Tubo y tubería soldada
• Accesorios (fittings)
• Tira, recocida o laminada en frío a diferentes grados de dureza
• Barra de acero
• Chapa, lámina y banda ancha
• Productos forjados
• Productos fundidos

Soldadura

La soldabilidad de Sandvik SAF 2304® es buena. La soldadura debe realizarse sin precalentamiento y el tratamiento térmico posterior normalmente no es necesario. Los métodos de soldadura por fusión adecuados son electrodo revestido (MMA/SMAW) y arco con gas de protección, siendo TIG/GTAW la primera opción.

Para SAF 2304® se recomienda aporte de calor 0,5–2,5 kJ/mm y temperatura entre pasadas <150 °C (300 °F).

Metales de aporte recomendados:

• TIG/GTAW o MIG/GMAW
  • ISO 14343 S 23 7 N L (p. ej. Exaton 23.7.L)
  • ISO 14343 S 22 9 3 N L / AWS A5.9 ER2209 (p. ej. Exaton 22.8.3.L)
• MMA/SMAW
  • ISO 3581 E 23 7 N L R
  • ISO 3581 E 22 9 3 N L R / AWS A5.4 E2209-17 (p. ej. Exaton 22.9.3.LR)