Acero dúplex S31803
El acero inoxidable dúplex S31803 (UNS S31803) es una aleación formada por dos fases, ferrita y austenita, con aproximadamente un 22 % de cromo, un 5 % de níquel y un 3 % de molibdeno. Su microestructura dúplex equilibrada le confiere un límite elástico cercano al doble del de los aceros inoxidables austeníticos estándar, junto con una resistencia superior al agrietamiento bajo tensión por cloruros y a la picadura.
1. Composición química
La tabla siguiente recoge la composición química controlada del S31803. El equilibrio entre cromo, molibdeno y nitrógeno determina el equilibrio de fases y el comportamiento frente a la corrosión.
| Grado | C (carbono) | Mn (manganeso) | P (fósforo) | S (azufre) | Si (silicio) | Cr (cromo) | Ni (níquel) | Mo (molibdeno) | N (nitrógeno) | Cu (cobre) |
| S31803 | 0.03 | 2.0 | 0.03 | 0.02 | 1.0 | 21.0–23.0 | 4.5–6.5 | 2.5–3.5 | 0.08–0.2 | — |
Nota: el intervalo de nitrógeno del S31803 (0.08 %-0.20 %) resulta esencial para alcanzar la microestructura dúplex objetivo de 40-60 % de ferrita y 40-60 % de austenita, ya que el nitrógeno estabiliza la fase austenítica durante la solidificación y el tratamiento térmico.
2. Propiedades mecánicas
Según las normas ASTM A790 y ASTM A789, a continuación figuran los requisitos mínimos de propiedades mecánicas que deben cumplir las tuberías y tubos sin costura de S31803 en estado recocido por disolución.
| Grado | Condición | Resistencia a la tracción mínima, MPa (ksi) | Límite elástico mínimo, MPa (ksi) | Alargamiento mínimo, % | Valor PREN | Dureza |
| S31803 | Recocido | 620 (90) | 450 (65) | 25 | ≥30 | HBW≤290 HRC≤30 |
Atención: el límite elástico mínimo al 0.2 % del S31803 es de 450 MPa, aproximadamente el doble que el del 316L. Por ello, al pasar de un acero inoxidable austenítico a uno dúplex, el espesor de pared de los sistemas de tuberías con presión nominal puede reducirse hasta un 40 %.
3. Grados aproximados
La tabla siguiente recoge los grados equivalentes del S31803 en los distintos sistemas normativos internacionales. El S31803 y el S32205 comparten la misma designación EN, pero difieren en su número UNS y en el contenido mínimo exigido de nitrógeno.
| Grado del material | Grado UNS | Norma china | JIS | ISO | DIN/EN | GOST | |
| ICS | Grado nuevo | ||||||
| 2205 | S32205 | S22253 | 022Cr23Ni5Mo3N | SUS329J3L | X2CrNiMoN22-5-3 | 1.4462 | 02Х22Н5АМ3 |
Nota: la designación EN 1.4462 cubre a la vez el S31803 y el S32205. La diferencia entre ambos está en que el S32205 impone un mínimo de nitrógeno más estricto, del 0.14 %, frente al 0.08 % exigido al S31803.
4. Principales ventajas técnicas
- La estructura dúplex aporta una excelente resistencia al agrietamiento bajo tensión por cloruros (SCC): la estructura bifásica equilibrada de ferrita y austenita resiste eficazmente la corrosión bajo tensión inducida por cloruros. Este mecanismo de fallo afecta normalmente a los aceros inoxidables austeníticos monofásicos empleados en medios clorurados templados por encima de 60 °C. Por ello el S31803 se ha convertido en el material de referencia para los sistemas de tuberías de proceso costeros y offshore.
- Alto límite elástico y ahorro de material: un límite elástico mínimo al 0.2 % de 450 MPa permite al proyectista sustituir los productos austeníticos por tuberías y accesorios de menor espesor de pared para un mismo grado de presión. Con ello se reduce el peso de la estructura y también el coste de montaje, algo especialmente ventajoso en las líneas offshore de gran diámetro y en los manifolds de recolección.
- Excelente resistencia a la picadura y a la corrosión por resquicio: el PREN del S31803 [= %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N] se sitúa habitualmente entre 32 y 36, lo que le proporciona una buena resistencia a la picadura en agua de mar a temperatura moderada y en medios de proceso con concentraciones de cloruros elevadas, y evita los fallos por corrosión rápida que sufrirían las tuberías de 316L o 317L estándar.
Nota técnica: el S31803 es propenso a la fragilización cuando se expone entre 300 °C y 475 °C (la denominada fragilización a 475 °C), y también se degrada por la formación de fase σ (sigma) entre 600 °C y 900 °C. Por ello no se recomienda su empleo continuado por encima de 280 °C. Durante la soldadura hay que controlar rigurosamente el aporte térmico para evitar un contenido excesivo de ferrita en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor (ZAC); en las aplicaciones críticas puede ser necesario un recocido por disolución posterior a la soldadura.
5. Normas de fabricación generales
ASTM A790: especificación estándar para tuberías de acero inoxidable dúplex ferrítico/austenítico sin costura y soldadas. Es la principal norma ASTM de los productos tubulares de acero dúplex S31803.
ASTM A789: especificación estándar para tubos de acero inoxidable dúplex ferrítico/austenítico sin costura y soldados para servicio general. Es la principal norma ASTM de los tubos de acero dúplex S31803.
ASTM A269: especificación estándar para tubos de acero inoxidable austenítico sin costura y soldados para servicio general. Cuando la norma admite grados de acero inoxidable dúplex, el S31803 resulta aplicable a esos servicios.
DIN EN 10216-5: norma de tubos de acero inoxidable sin costura para servicio a presión (grado equivalente 1.4462).
JIS G3459: norma de tuberías de acero inoxidable; corresponde al grado de acero dúplex SUS329J3L.
GB/T 14976: norma de tubos sin costura de acero inoxidable para transporte de fluidos; corresponde al grado 022Cr22Ni5Mo3N.
GOST R 53364: norma de tubos de acero inoxidable dúplex; corresponde al grado 03X22H5AM3.
Tabla comparativa de normas de fabricación:
| Norma | ASTM | EN/DIN | JIS | GB/T | GOST |
| Tubería sin costura | A790 S31803 | EN 10216-5 (1.4462) | G3459 SUS329J3L | GB/T 14976 | GOST R 53364 |
| Tubos sin costura | A789 S31803 | EN 10216-5 (1.4462) | G3463 SUS329J3L | GB/T 13296 | GOST R 53364 |
| Tubería soldada | A790 / A928 S31803 | EN 10217-7 (1.4462) | G3459 SUS329J3L | GB/T 12771 | GOST R 53364 |
6. Principales aplicaciones
- Líneas de transporte submarinas de petróleo y gas: se emplean en las líneas de recolección submarinas y en los risers de producción, que operan con sulfuro de hidrógeno (H₂S), aguas de formación de alto contenido en cloruros y presiones elevadas, y requieren materiales que reúnan alta resistencia mecánica y resistencia al agrietamiento bajo tensión por sulfuros (dentro de los límites de NACE MR0175 / ISO 15156).
- Tuberías de proceso de plataformas offshore: aptas para las tuberías de proceso de cubierta, los colectores de manifold y las líneas de inyección de productos químicos de las plataformas offshore fijas y de las FPSO (unidades flotantes de producción, almacenamiento y descarga). En los medios con contacto con agua de mar y riesgo elevado de agrietamiento bajo tensión por cloruros (SCC), los aceros inoxidables austeníticos estándar no suelen ser suficientes.
- Tuberías de alta presión de plantas desaladoras: se emplean en los sistemas de rechazo a alta presión y de circulación de salmuera concentrada de las instalaciones desaladoras de ósmosis inversa. El mayor límite elástico del S31803 permite diseñar tuberías de menor espesor de pared y reducir así el peso total del sistema.
- Tuberías de proceso de plantas químicas: aptas para el transporte de medios de proceso químicos con cloruros, incluidos los sistemas de tratamiento de ácido clorhídrico a baja temperatura y los servicios de ácidos orgánicos ricos en cloruros. En esos medios, los aceros inoxidables austeníticos son propensos a fallar por agrietamiento bajo tensión (SCC).
- Industria de la pasta y el papel: se emplean en las tuberías de la planta de blanqueo, en los digestores y en los colectores de los sistemas de evaporación que transportan lejías negras y blancas contaminadas con cloruros. En estos servicios, el acero inoxidable 316L falla con frecuencia en servicio por agrietamiento bajo tensión (SCC).
