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Acero inoxidable dúplex (DSS) se utiliza ampliamente en los sectores de petróleo y gas, química y de ingeniería marina por su alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión. Sin embargo, el alto rendimiento del DSS depende de su microestructura equilibrada con precisión de austenita (γ) y ferrita (δ). Cuando el DSS se expone o se utiliza durante períodos prolongados dentro de ciertos rangos de temperatura, la fase de ferrita se descompone, precipitando varias "fases nocivas". Estos precipitados perjudican gravemente la tenacidad mecánica y la resistencia a la corrosión del material, lo que representa una amenaza significativa para la confiabilidad de las aplicaciones de ingeniería.
1. Asesino de fragilidad: precipitación de las fases σ y χ
De todas las fases nocivas, la fase σ es sin duda la más conocida y destructiva.
Rango de temperatura de precipitación: la fase σ precipita principalmente entre 600 °C y 950 °C, con su cinética de precipitación alcanzando un máximo alrededor de 800 °C a 880 °C.
Composición química: La fase σ es un compuesto intermetálico rico en cromo (Cr) y molibdeno (Mo). Se forma mediante la descomposición de ferrita δ o la reacción de descomposición eutectoide en la interfaz entre ferrita δ y austenita γ.
Impacto en el rendimiento: la precipitación de la fase σ tiene un impacto doble en las propiedades de ingeniería del DSS. Primero, la fase σ en sí es una fase dura y frágil. Su presencia reduce drásticamente la tenacidad al impacto del material, haciéndolo susceptible a la fractura frágil a bajas temperaturas o en condiciones de concentración de tensiones. En segundo lugar, durante la precipitación, la fase σ consume cantidades significativas de Cr y Mo de la matriz de ferrita δ circundante, lo que da como resultado regiones empobrecidas en Cr y Mo que rodean la fase σ. Estas regiones agotadas reducen significativamente la resistencia a la corrosión, volviéndose vulnerables a las picaduras y a la corrosión intergranular.
La fase Chi también es un compuesto intermetálico rico en Cr y Mo que normalmente se forma dentro de un rango de temperatura similar al de la fase σ (700 °C a 900 °C). Sin embargo, la fase χ normalmente precipita preferentemente como una fase metaestable al comienzo del envejecimiento, transformándose solo más tarde en la fase σ más estable. Su impacto negativo sobre las propiedades es similar al de la fase σ, lo que provoca fragilidad y disminución de la resistencia a la corrosión.
2. Fragilidad a 475°C: una amenaza oculta a bajas temperaturas
Además de la fase σ en regiones de alta temperatura, el acero inoxidable dúplex también experimenta una zona de peligro a temperaturas más bajas, conocida como fragilización a 475°C.
Rango de temperatura de precipitación: este fenómeno ocurre entre 350°C y 550°C, con una severidad máxima alrededor de 475°C.
Micromecanismo: dentro de este rango de temperatura, la fase de ferrita delta sufre descomposición espinodal, descomponiéndose en dos estructuras de ferrita a nanoescala: una fase α′ rica en cromo (α′ rica en Cr) y una fase α pobre en cromo (α pobre en Cr).
Impacto en el rendimiento: esta separación de fases a nanoescala aumenta significativamente la dureza y resistencia del material, pero disminuye drásticamente su resistencia al impacto. Si bien esta fragilización a baja temperatura es menos grave y generalizada que la precipitación de la fase σ en la resistencia a la corrosión, la fase α′ rica en cromo también puede conducir a una mayor susceptibilidad a la corrosión en ciertos medios. Vale la pena señalar que la descomposición espinodal generalmente requiere un largo período de envejecimiento, pero la cinética de precipitación puede acelerarse en el material trabajado en frío.
3. Carbonitruros y Austenita Secundaria
Además de los precipitados primarios mencionados anteriormente, pueden formarse otras fases nocivas bajo ciertas condiciones:
Carburos y Nitruros: Entre 550°C y 750°C pueden precipitar carburos de cromo (Cr23C6) o nitruros. Aunque el contenido de carbono (C) del DSS moderno generalmente se mantiene en niveles extremadamente bajos (≤0,03%), estos precipitados aún pueden formarse en los límites de los granos, consumiendo Cr y presentando un riesgo de corrosión intergranular.
Austenita secundaria (γ2): durante la precipitación de la fase σ, la descomposición de la ferrita δ forma simultáneamente austenita secundaria rica en níquel (γ2). Si bien γ2 en sí no es una fase directamente nociva, su mecanismo de formación está estrechamente relacionado con la precipitación de la fase σ. Su presencia indica la descomposición de la ferrita δ, lo que indirectamente indica un deterioro de las propiedades del material.
