Acero inoxidable dúplex F51: normas, composición y propiedades
UNS S31803, 1.4462
F51 es la forja ASTM A182 del dúplex UNS S31803, la designación original del inoxidable 22Cr-5Ni-3Mo-N, con cerca de la mitad de ferrita y la mitad de austenita, el doble del límite elástico del 316L y alta resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruros. En chapa, barra y tubo, el mismo material aparece como S31803; en EN, como 1.4462. El 2205 actual, con un rango de composición más estrecho y un PREN mínimo más alto, es el S32205 (F60), que tiene su propia página.
Una composición, varias normas
El nombre cambia según la forma del producto. Al especificar, cite la norma, el grado y la clase.
| Forma | ASTM/ASME | Grado/clase | EN | ABNT/otras |
|---|---|---|---|---|
| Chapa, bobina, fleje | A240 / SA-240 | S31803 | EN 10088-2, EN 10028-7 (1.4462) | JIS G4304/G4305 SUS329J3L; NORSOK M-630 MDS D45 |
| Barra y perfil | A276; A479 / SA-479 | S31803 | EN 10088-3; EN 10272* (1.4462) | NORSOK M-630 MDS D47 (A479) |
| Forja y brida | A182 / SA-182 | F51 (S31803) | EN 10222-5*, EN 10250-4* (1.4462) | NORSOK MDS D44; ASME B16.5 grupo 2.8* |
| Pieza HIP (pulvimetalurgia) | A988 / SA-988 | S31803 | n/a | n/a |
| Tubo sin costura y soldado (tuberías) | A790 / SA-790 | S31803 | EN 10216-5 (sin costura), EN 10217-7* (soldado) | NORSOK MDS D41 |
| Tubo soldado con material de aporte | A928 / SA-928 | S31803 | n/a | NORSOK MDS D42 |
| Tubo para intercambiador de calor | A789 / SA-789 | S31803 | EN 10216-5 (1.4462) | NORSOK MDS D48 |
| Conexiones para soldar | A815 / SA-815 | WPS31803 (CRS para MSS) | EN 10253-4* (1.4462) | NORSOK MDS D43 |
| Fundición | A890 (uso general); A995 / SA-995 (presión) | 4A = CD3MN (J92205) | EN 10213 / EN 10283: 1.4470 GX2CrNiMoN22-5-3 | NORSOK MDS D46 |
| Consumible de soldadura | AWS A5.9 / A5.4 / A5.22 | ER2209, E2209-xx, E2209Tx | EN ISO 14343: 22 9 3 N L | ASME IX: P-No. 10H Gr 1 |
| Ensayo de fases perjudiciales | A923 | Métodos A, B, C | n/a | ISO 17781* (alternativa usada en O&G) |
El material certificado como S32205 (F60) cumple los pedidos de S31803 (F51), pero no al revés: cuando el proyecto exige un PREN mínimo de ~34, especifique F60. En NORSOK M-630, la secuencia D41–D48 (22Cr) viene de la Rev. 2; D47 confirmado en la Rev. 5 para A479 S31803/S32205.
Tolerancias y códigos HS
- Barras forjadas (redondas y cuadradas): sobremedida de mecanizado desde 2 mm (Ø 6–16 mm) hasta 24 mm (Ø 400–500 mm) en el diámetro. Ej.: Ø 100–125 mm terminado: +7 mm, tolerancia +6 / −0 (longitud hasta 3.500 mm).
- Discos forjados: sobremedida de 4 a 9 mm en el diámetro y de 3 a 11 mm en la altura, tolerancia solo positiva.
- Corte y mecanizado: sierra de cinta −0 / +5 a +15 mm en la longitud; chorro de agua +10 % del espesor en el diámetro (mín. 2 mm); piezas mecanizadas −0 / +2 a +5 mm en el diámetro. Vea las tablas completas (INF 002 e INF 003, iguales para todas las aleaciones).
| Forma | NCM (Brasil, 8 dígitos) | HS (internacional, 6 dígitos) | HTS (EE. UU., 10 dígitos)* | CN (Unión Europea, 8 dígitos)* |
|---|---|---|---|---|
| Barra forjada | 7222.30.00 | 7222.30 | 7222.30.0024 | 7222 30 51 |
| Barra laminada en caliente | 7222.11.00 | 7222.11 | 7222.11.0059 | 7222 11 11 |
| Chapa (> 10 mm, ancho ≥ 600 mm) | 7219.21.00 | 7219.21 | 7219.21.0020 | 7219 21 10 |
| Tubo sin costura | 7304.41.90 | 7304.41 | 7304.41.6045 | 7304 41 00 |
| Tubo con costura | 7306.40.00 | 7306.40 | 7306.40.5085 | 7306 40 80 |
| Brida y conexión | 7307.21.00 | 7307.21 | 7307.21.5000 | 7307 21 00 |
Clase arancelaria: acero inoxidable (por composición química, según las Notas del Capítulo 72 y la Nota 5 de la Sección XV).
*: códigos de EE. UU. y de la UE a modo de referencia. NCM según la legislación vigente (Reglas Generales de Interpretación, Notas de los Capítulos 72, 74 y 75 y Nota 5 de la Sección XV). Confirme el código definitivo con su agente de aduanas según el tamaño y el acabado del ítem. HS = primeros 6 dígitos de la NCM.
Composición química por norma (%)
Los rangos de cada norma lado a lado, para ver dónde difieren.
| Norma | C | Mn | P máx | S máx | Si máx | Cr | Ni | Mo | N | Otros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UNS S31803 (A240, A182 F51, A790) | 0,030 | 2,00 | 0,030 | 0,020 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,08–0,20 | n/a |
| A890 / A995 4A (CD3MN, J92205) | 0,030 | 1,50 | 0,040 | 0,020 | 1,00 | 21,0–23,5 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,10–0,30 | Cu 1,00 |
| EN 1.4462 X2CrNiMoN22-5-3 (EN 10088, EN 10216-5) | 0,030 | 2,00 | 0,035 | 0,015 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,10–0,22* | n/a |
| EN 1.4470 GX2CrNiMoN22-5-3 (fundición) | 0,030 | 2,00 | 0,035 | 0,025 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,12–0,20* | n/a |
| JIS SUS329J3L | 0,030 | 2,00 | 0,040 | 0,030 | 1,00 | 21,0–24,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,08–0,20 | n/a |
| AISI 329 / S32900 (comparación, NO es 2205) | 0,08 | 1,00 | 0,040 | 0,030 | 0,75 | 23,0–28,0 | 2,0–5,0* | 1,0–2,0 | no especificado | n/a |
Calcule el PREN de Dúplex F51 / S31803 en la calculadora de PREN →
Propiedades mecánicas por norma
Valores mínimos a temperatura ambiente, en la condición de suministro indicada.
| Norma y condición | LE mín | RT | Alarg. | RA | Dureza |
|---|---|---|---|---|---|
| FORJADOS | |||||
| A182 F51 (S31803), solubilizado | 450 MPa (65 ksi) | 620 MPa mín (90 ksi) | 25 % | 45 % | no especificada en la tabla* |
| LAMINADOS | |||||
| A240 S31803, chapa solubilizada | 450 MPa (65 ksi) | 620 MPa mín (90 ksi) | 25 % | n/a | 293 HBW / 31 HRC* máx |
| A479 / A276 S31803, barra | 450 MPa | 620 MPa mín | 25 % | n/a | 290 HBW máx* |
| EN 10088-2 1.4462, chapa gruesa (P) | 460 MPa | 640–840 MPa | 25 % | n/a | n/a |
| EN 10088-3 1.4462, barra | 450 MPa | 650–880 MPa | 25 % | n/a | 270 HB máx* |
| TUBOS, CONEXIONES Y FUNDICIONES | |||||
| A790 / A789 S31803, tubo | 450 MPa | 620 MPa mín | 25 % | n/a | 290 HBW / 30 HRC* máx |
| EN 10216-5 1.4462, tubo sin costura | 450 MPa | 640–880 MPa | 22 %* | n/a | KV 40 J a -40 °C* |
| A890 / A995 4A (CD3MN), fundido | 415 MPa (60 ksi)* | 620 MPa mín (90 ksi) | 25 % | n/a | n/a |
| EN 10213 1.4470, fundido | 420 MPa* | 600–800 MPa* | 20 %* | n/a | n/a |
Calcule el peso de barra, chapa o tubo de Dúplex F51 / S31803 →
F51 (S31803) frente a F60 (S32205): cuál es la diferencia
S31803 es la designación original del dúplex 22Cr; con los rangos amplios de Cr, Mo y N (N mín. 0,08 %), una colada podía salir con un PREN cercano a 30. S32205 se creó para fijar el 2205 en la parte alta del rango: Cr 22,0–23,0, Mo 3,0–3,5 y N 0,14–0,20, PREN mínimo ~34, y una RT mínima más alta (655 frente a 620 MPa). Casi toda la chapa, barra y tubo de hoy se suministra con doble certificación S31803/S32205. El material S32205 (F60) puede aceptarse donde se pide S31803 (F51), pero no al revés.
Tratamientos térmicos exigidos por las normas
| Norma | Condición de entrega | Temperatura |
|---|---|---|
| A240 / A790 / A789 (S31803) | Solubilizado + enfriamiento rápido (agua u otro medio rápido) | 1020–1100 °C (1870–2010 °F) |
| A182 F51 | Solubilizado + temple en líquido (agua), enfriado por debajo de 260 °C | 1020 °C mín (1870 °F) |
| A276 / A479 | Solubilizado + enfriamiento rápido | 1020 °C mín* |
| A815 WPS31803 | Solubilizado + temple en agua (obligatorio tras conformado/soldadura) | 1020–1100 °C |
| A890 / A995 4A | Solubilizado + temple en agua; o enfriamiento en horno hasta ≥ 1010 °C, mantenimiento de 15 min y temple en agua | 1120 °C mín (2050 °F) |
| EN 10088 / EN 10216-5 (1.4462) | Solubilizado (+AT) + agua o aire forzado | 1020–1100 °C (Outokumpu); 1050–1100 °C (DEW)* |
Planifique un forjado libre en Dúplex F51 / S31803: reducción, esbeltez y cuánto material enviar →Simule el plan de corte del lingote o de la barra →
Variantes de la familia
| Variante | Normas | Diferencia | LE / RT |
|---|---|---|---|
| S31803 / F51 | A240, A479, A790, A182 F51 | Rango original: Cr 21–23, Mo 2,5–3,5, N 0,08–0,20 | 450 / 620 MPa |
| S32205 / F60 | A240, A479, A790, A182 F60 | Rango restringido: Cr 22–23, Mo 3,0–3,5, N 0,14–0,20; PREN mín. ~34 | 450 / 655 MPa |
| Fundido 4A (CD3MN, J92205) | A890, A995, EN 1.4470 | Mn 1,50 máx, N hasta 0,30, Cu 1,00; solubilizado a mayor temperatura | 415 / 620 MPa |
| Dúplex lean 2304 (S32304) / 2101 (S32101) | A240, A790 | Poco o nada de Mo; más económico, PREN ~24–26 (no sustituye al 2205 en cloruros)* | 400–450 / 600–650 MPa* |
| Superdúplex 2507 (S32750, F53) | A240, A182 F53, A790, A995 5A | 25Cr-7Ni-4Mo-0,3N; PREN ≥ 40, para agua de mar | 550 / 795 MPa |
| AISI 329 (S32900) | A240, A789/A790 | Antiguo dúplex 25Cr-2/5Ni-1,5Mo sin N controlado; NO equivale al 2205 | 485 / 620 MPa |
Corrosión, PREN y temperatura
- PREN (Cr + 3,3 Mo + 16 N): ~35 típico; en el mínimo de la norma, ~30,5 para S31803 (para S32205/F60, ~34).
- Corrosión por picaduras y por hendiduras: CPT en FeCl3 al 6 % (G48) alrededor de 35 °C (Rolled Alloys; Tubacex cita 45 °C)*. Buen desempeño en cloruros moderados; para agua de mar natural, use superdúplex.
- Corrosión bajo tensión por cloruros: muy superior a los austeníticos 304/316L, una de las principales razones de su uso.
- Temperatura: ASME (II-D) limita el uso a 316 °C (600 °F); por debajo de −29 °C (−20 °F) el código exige ensayo de impacto Charpy*. Por encima de ~300 °C ocurre la fragilización a 475 °C (fase alfa prima); DEW la limita a 350 °C.
- Sigma y nitruros: precipitan en el rango de ~700–950 °C* en solubilizados mal enfriados, soldaduras con alto aporte térmico o secciones gruesas; hunden la tenacidad y la resistencia a las picaduras (véase A923).
- NACE MR0175 / ISO 15156-3: solubilizado y enfriado rápidamente, 35–65 % de ferrita, sin límite de dureza; aceptado hasta 232 °C con pH2S ≤ 10 kPa (0,1 bar). NACE MR0103: hasta 28 HRC.
Compare aleaciones por medio corrosivo, concentración y temperatura →
Ensayos exigidos para dúplex (ASTM A923, G48)
- A923 Método A: Ataque con NaOH y examen metalográfico para fases intermetálicas; se usa solo para aceptación (un mal resultado lleva al Método B o C).
- A923 Método B (Charpy): -40 °C; mín. 54 J (40 ft-lbf) en metal base y ZAC, 34 J (25 ft-lbf) en metal de soldadura (S31803, J92205).
- A923 Método C (FeCl3): 25 °C para metal base y 22 °C para soldadura, 24 h, pérdida máx. 10 mdd (1,0 g/m²). No hay criterio para la fundición J92205 en esta tabla.
- ASTM G48: Método A (picaduras) o E (CPT) en FeCl3 al 6 %; la temperatura y el criterio vienen del proyecto o de NORSOK, no de G48. Los proyectos de O&G suelen aceptar hasta 4,0 g/m² en soldaduras*.
- NORSOK M-630 / ISO 17781: además de G48, exigen Charpy a baja temperatura y contenido de ferrita en la calificación; valores según el MDS y la revisión del proyecto*.
- Medición de ferrita: el control de ferrita (típicamente 35–65 % en metal base y 30–70 % en soldadura*) se exige en O&G y en servicio ácido.
Soldadura
| Ítem | Práctica habitual |
|---|---|
| Consumible | ER2209 (AWS A5.9), E2209-15/16/17 (A5.4), E2209T0/T1 (A5.22); EN ISO 14343 22 9 3 N L. Mayor Ni que el metal base para equilibrar la ferrita. |
| Clasificación ASME IX | P-No. 10H, Group 1 |
| Precalentamiento | No es necesario (solo secar la pieza) |
| Interpase | 150 °C máx (100 °C en secciones delgadas o por exigencia del proyecto)* |
| Aporte térmico | ~0,5–2,5 kJ/mm; DEW recomienda 1–3 kJ/mm*. Muy bajo genera exceso de ferrita; muy alto genera sigma. |
| Gas | TIG: Ar o Ar + 2 % N2; purga de raíz con Ar o Ar + N2 |
| TTPS | No se hace alivio de tensiones; solo solubilizado completo cuando la norma lo exige (p. ej., conexiones A815) |
Metal de aporte para soldadura
La composición del alambre normalmente no es idéntica a la del material: cada página explica por qué.
Equivalentes internacionales
| Sistema | Designación |
|---|---|
| UNS | S31803; fundición equivalente J92205 |
| Forja ASTM | F51 (S31803) |
| Fundición ASTM | Grado 4A / CD3MN (A890, A995) |
| EN / W.Nr. | X2CrNiMoN22-5-3 / 1.4462; fundido GX2CrNiMoN22-5-3 / 1.4470 |
| JIS | SUS329J3L |
| GB | 022Cr22Ni5Mo3N (S22253)* |
| BS / AFNOR / SIS (antiguas) | 318S13 / Z3CND22-05Az / SS 2377 |
| ABNT | Sin designación propia confirmada en la NBR 5601; se usa UNS/ASTM* |
| Nombres comerciales | SAF 2205 (Alleima), Forta DX 2205 (Outokumpu), ATI 2205, UR 45N |
El SUS329J3L tiene Cr hasta 24 % y N mín. 0,08 %, por lo que se acerca más al S31803, no al S32205. Ninguna de las designaciones «329» sin el sufijo J3L corresponde al 2205.
Aplicaciones típicas
| Forma o industria | Dónde se usa |
|---|---|
| Petróleo y gas offshore | Tuberías de proceso, manifolds, bridas F51, recipientes y separadores |
| Química y petroquímica | Intercambiadores de calor (A789), tanques, líneas con cloruros |
| Celulosa y papel | Digestores, tanques de licor y de blanqueo |
| Buques quimiqueros | Tanques de carga y serpentines de calentamiento |
| Bombas y válvulas | Cuerpos fundidos 4A, ejes y vástagos en barra A479 |
| Agua y saneamiento | Desalinización (piezas no expuestas a agua de mar caliente), tuberías de efluentes |
| Estructuras | Puentes, elementos de fijación y estructuras donde el alto LE se aprovecha para reducir espesores |
Preguntas frecuentes
¿El F51 endurece por temple?
No. El acero inoxidable dúplex no endurece por temple. El «temple» de la ASTM A182 es solo el enfriamiento rápido posterior al solubilizado, en agua, hasta por debajo de 260 °C. Mantiene el equilibrio ferrita/austenita y evita las fases sigma y chi. La resistencia y la dureza provienen de la química y del trabajo en caliente, no del tratamiento térmico.
¿El 2205 es lo mismo que el inoxidable 329 o «329A»?
No. El AISI 329 (UNS S32900) es un antiguo dúplex 23–28Cr con 1–2 % de Mo y sin nitrógeno especificado. «329A» no es una designación UNS, ASTM ni JIS reconocida. La confusión viene del japonés SUS329J3L, que es el equivalente JIS del 2205. Al comprar, pida por UNS S31803/S32205 o F51/F60.
¿F51 es lo mismo que 2205?
En parte. F51 es S31803, la designación original del 2205. El 2205 actual es S32205 (F60), con Cr, Mo y N mínimos más altos (PREN ~34) y mayor resistencia mínima (655 frente a 620 MPa). El material F60 atiende pedidos de F51, pero F51 no atiende F60.
¿Cuál es la diferencia entre A890 4A y A995 4A?
La composición (CD3MN) es la misma. A890 es para fundiciones de uso general; A995 es para piezas de presión (válvulas, bombas) y entra en ASME como SA-995.
¿Hasta qué temperatura puedo usar F51?
ASME limita el S31803 a 316 °C (600 °F) por la fragilización a 475 °C. A baja temperatura, el uso común llega a unos -40/-50 °C con valores Charpy comprobados.
