Aleaciones de acero AISI 904L y Duplex en agua de mar

El ACERo inoxidable en agua de mar

Hace algunos días, un cliente me hizo la consulta sobre las diferencias entre los cuerpos de las bombas sumergibles fabricados en las distintas aleaciones de acero inoxidable. A raíz de esta consulta, hemos decidido escribir este artículo del blog en el que analizaremos en qué se diferencian las aleaciones de acero inoxidable AISI 304, AISI 316, AISI 904L así como la familia de acero inoxidable Dúplex y SuperDuplex. No solo estudiaremos las diferentes composiciones sino que nos centraremos más bien en la resistencia de las diferentes aleaciones de acero a la corrosión en un ambiente de agua salada. Todo lo mencionado en este artículo también es válido para ambientes de depuración de agua, ya que aunque el medio es totalmente diferente, tanto el agua de mar como las aguas fecales constituyen un ambiente agresivo contra los aceros inoxidables utilizados en el bombeo o conducción del agua.

Toda la información que exponemos aquí esta respaldada por artículos publicados en la “European Federation of corrosion publications” además incluimos el factor de la experiencia que tiene una empresa como la nuestra en el sector del suministro de este tipo de materiales. Comencemos entonces con las diferencias entre los distintos tipos de aleaciones.

Las diferentes aleaciones de acero inoxidable 

Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que las diferentes aleaciones de acero inoxidable no son más que aceros inoxidables con pequeñas variaciones de los elementos que los componen, estas variaciones se introducen en los aceros pensando en mejorar alguna de sus características, entre ellas, la resistencia a la corrosión. Uno de los factores que le dan a los aceros la resistencia a la corrosión es que cuentan con una película protectora, predominantemente de óxido de cromo, que se forma inmediatamente en su superficie con la exposición al aire. Los niveles de oxígeno presentes en el agua de mar normalmente permiten que la película se repare a sí misma si se daña. No obstante bajo ciertas condiciones, la película protectora de la superficie de los aceros inoxidables puede romperse localmente y provocar picaduras. Por este motivo, los grados de aleación se pueden seleccionar con mayores adiciones de cromo, molibdeno y nitrógeno para mejorar significativamente la resistencia a la corrosión.

Aleaciones austeníticas

Los aceros austeníticos son aquellos aceros inoxidables que han sido aleados significativamente con níquel (generalmente más del 6%) para tener una estructura cristalina llamada austenítica a temperatura ambiente. A este grupo pertenecen las aleaciones AISI 304, AISI 316L y AISI 904L. Deben su resistencia a la corrosión a la mencionada película de óxido formada sobre el acero. Sin embargo, son propensos a la corrosión por picaduras y grietas en ciertas aguas, especialmente en aquellas que contienen cloruros y en agua de mar estancada sin tratar.

Aleaciones Dúplex 

Las aleaciones Dúplex presentan una estructura de dos fases cristalinas, una austenítica y otra con estructura de ferrita. La ferrita será más rica en cromo y molibdeno mientras que la austenita será más rica en níquel y nitrógeno, dando al material una composición equilibrada con igual resistencia a la corrosión en ambas fases.

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DE LAS ALEACIONES 

En el agua de mar, es bien sabido que los aceros inoxidables austeníticos estándar como AISI 304 y 316L sufren de corrosión localizada. Una de las causas es que en el agua de mar natural hay un mayor riesgo de corrosión debido a la formación de una biopelícula, normalmente de algas marinas en la superficie del acero. Esto conduce a condiciones más agresivas y, por lo tanto, a un mayor riesgo de corrosión localizada.

Para su uso en medios que contienen cloruro, como el agua de mar, se desarrolló una nueva generación de aceros inoxidables. En un principio estas aleaciones eran del tipo de aceros AISI 904L, comparables a los aceros inoxidables dúplex de aleación media, y con mejor resistencia a la corrosión localizada que los aceros AISI 304 y 316. El desarrollo posterior llevó a los aceros súper inoxidables, la familia dúplex contiene tres tipos diferentes de aceros inoxidables, el UNS S32304 de baja aleación, el UNS S31803 de aleación media que corresponden a la familia dúplex y el UNS S32750 que corresponde a la aleación superdúplex. 

La aleación UNS S32750 es un acero inoxidable llamado superdúplex. Que a día de hoy ha estado en servicio durante más de 20 años. La UNS S32750 tiene una excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión y a la corrosión localizada en entornos que contienen cloruro y también una buena resistencia en entornos que contienen sulfuro de hidrógeno. Este acero contiene altas cantidades de cromo, molibdeno y nitrógeno y fue desarrollado originalmente para resistir la corrosión del agua de mar, pero también ha encontrado un uso sustancial en las industrias de procesos químicos y petroquímicos. 

Hay muchos factores a tener en cuenta en cuanto a la corrosión de los aceros en agua de mar. Uno de los principales es la temperatura, el factor causante de este efecto es la desaparición de la biopelícula a temperaturas mayores de 40 ºC. Tanto la UNSS 32750 (super-dúplex) como la UNS S31803 (dúplex) se pueden utilizar a altas temperaturas, para la UNS S32750  (super-dúplex) por encima de 100 °C y para UNS S31803 (dúplex) a aproximadamente 45-50 °C. Un ejemplo del uso exitoso de UNS S32750 es una caldera de mejillones que ha estado trabajando a 95 °C en Dinamarca desde 1987. Por lo tanto ambas aleaciones son validas para el bombeo de agua de mar, teniendo en cuenta que la aleación UNS S31803 (dúplex)  tiene un rango de temperatura de servicio menor y una resistencia a la corrosion menor también, aunque equiparable a la aleación AISI 904L para el citado rango de temperaturas, siendo la aleación UNSS 32750 (super-dúplex) la que mejor resistencia a la corrosión presenta de todas ellas.

CONCLUSIÓN

La aleación AISI 904L y la UNS S31803 (dúplex) son equiparables en cuanto a la resistencia a la corrosión siendo la única diferencia entre ellas el rango de temperatura de uso ya que en el caso de la AISI 904L este rango es mayor.  Mientras que la aleación UNSS 32750 (super-dúplex) es el referente en cuanto a resistencia con un amplio rango de temperaturas. Por otro lado es importante destacar que el costo de las aleaciones duplex y super-duplex es sustancialmente menor que la  AISI 904L, motivo por el cual se suele emplear en grupos de bombeo y cuerpos de bombas las aleaciones duplex-superduplex además de que son los referentes de uso a día de hoy.