Entre los aceros dúplex se encuentra al acero superdúplex 2507 (UNS S32750 o SAF 2507), el cual contiene entre 24-26 % Cr; 6-8 % Ni; 3-5 % Mo; 0,24-0,32 % N; 0,03% C, con o sin la presencia de aditivos de Cu (0,5 %) y/o W. El cobre (Cu) como aditivo es empleado para mejorar la resistencia a la corrosión del material, mientras que el wolframio (W) es empleado para mejorar las propiedades de la aleación a altas temperaturas. Los aceros SAF 2507 son empleados en productos forjados, y son especialmente utilizados en aplicaciones marinas y petroquímicas, por presentar alta resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión en ambientes altamente agresivos (ácidos clorhídricos, etc.) [9,44]. Estos aceros presentan una excepcional combinación de propiedades mecánicas y una mejor resistencia a la corrosión por picadura que los aceros dúplex 2205 [45].
Los aceros dúplex al ser sometidos a tratamientos térmicos, pueden sufrir transformaciones en su microestructura, a tal punto que puedan aparecer fases no deseadas que podrían afectar las propiedades mecánicas, reduciendo la resistencia a la corrosión del material. Estos cambios microestructurales se deben a la alta velocidad de difusión de los elementos aleantes presentes en la ferrita por el tipo de estructura BCC. La temperatura controla la velocidad de difusión de los elementos aleantes y, a su vez, la solubilidad de los elementos como: el cromo, molibdeno, cobre, nitrógeno, carbono y wolframio, es decir, a menor temperatura, disminuye el proceso de transformación de la ferrita y por ende disminuye la posibilidad de formación de fases secundarias. De ocurrir la aparición de fases secundarias, tendrá lugar una disminución de la resistencia a la corrosión del material y un probable deterioro de sus propiedades mecánicas [14]. Los procesos de envejecimiento generalmente conllevan a un endurecimiento y fragilización del material, en un amplio intervalo de temperaturas y tiempos de exposición, debido a la precipitación de una serie de fases minoritarias y a la formación de compuestos intermetálicos [14]. En la Figura 3.6, se observa un diagrama temperatura-tiempo-transformación [12], que muestra las diferentes fases que pueden aparecer en un acero inoxidable dúplex convencional, cuando es sometido a un tratamiento térmico determinado. En este diagrama se pueden apreciar dos zonas perfectamente diferenciadas: Primero, entre 600 y 1027 °C, donde se favorece la precipitación de austenita secundaria (2), fase sigma (), fase chi (), fase R, carburos (M23C6) y
nitruros (Cr2N). Segundo, entre 300 y 600 °C, donde se favorece la formación de fases G, π, ε, y fase alfa prima.
Figura 3.6. Diagrama esquemático temperatura-tiempo-transformación indicando la aparición de fases secundarias en un acero tipo dúplex [12].
La presencia de las distintas fases dependerá de la composición del acero inoxidable y de las condiciones de enfriamiento. En los aceros dúplex, la fase es una de las que merece mayor atención debido a que se forma en mayores proporciones y, por ser una fase dura y frágil, afecta en gran parte las propiedades mecánicas del material, haciéndolo susceptible a la corrosión por picadura [12,14].
En los aceros inoxidables SAF 2507 tratados térmicamente entre 600 ºC y 1050 ºC, las fases que prevalecen son la austenita secundaria, la fase sigma y, en algunos casos, se puede tener presencia de fase [12,14,42].
Austenita secundaria, (γ2). Su formación tiene lugar mediante la descomposición eutectoide de la ferrita inicial en 2 y . A través de este proceso de transformación se llega a disminuir entre un 70 % y casi un 100% el contenido de ferrita inicial. La fase γ2
puede formarse con relativa facilidad al aplicarle al material diferentes tratamientos térmicos, ya que los mecanismos de formación pueden ser muy diversos.
Fase Sigma (σ). Es la fase secundaria más importante debido a su elevada proporción respecto al resto de las fases secundarias que pueden formarse y, de ahí, su eventual influencia en las propiedades del material. Aparece como consecuencia de la permanencia más o menos prolongada a temperaturas que van desde unos 450 ºC hasta los 980 ºC. Su composición general es FeCrX, donde X podría ser alguno de los aleantes del acero como molibdeno, níquel, manganeso o cobre. El molibdeno y, en menor grado, el cromo, silicio y níquel, presentes en la ferrita, actúan como promotores de esta fase. La nucleación de la fase está especialmente favorecida en aquellas zonas donde ha existido previamente la fase ferrítica, que siempre va acompañada de la migración de los elementos aleantes de la matriz enriqueciéndose las interfases en elementos promotores de la fase σ. Estos puntos de posible nucleación son los carburos M23C6, presentes en los límites de grano /γ de alta energía, y las intercara /γ, que favorece la formación de σ, debido a la microestructura cristalina que presentan.
Fase Chi (χ). Aunque menos conocida que la fase σ, la fase intermetálica es una fase metaestable que precipita en determinados aceros inoxidables dúplex cuando son sometidos a tratamientos térmicos de 6 a 10 horas, entre 700 y 900 °C. Su nucleación frecuentemente tiene lugar en la interfase / y crece en la matriz . La fase χ, como la σ, es frágil, por lo que, su presencia es indeseable. El efecto que provoca esta fase sobre las propiedades del material es difícil de cuantificar, debido a que suele coexistir con la fase σ y su proporción respecto a ésta es muy baja.
Carburos. La precipitación de M23C6 y M7C3 ha sido reportada en muchos aceros inoxidables dúplex, entre los límites de grano de las fases y . Su formación puede tardar algunos minutos y depende de la temperatura, pero pueden ser evitados con enfriamientos adecuados. El M23C6 se precipita rápidamente a temperaturas por debajo de 950 °C mientras M7C3 se forma entre 950 y 1050 °C. Algunos autores han propuesto que los carburos promueven la formación de otras fases perjudiciales tales como la fase sigma, principalmente por el alto contenido de Cr que posee el Cr6C6 [42].
Nitruros: La precipitación de Cr2N en los aceros dúplex toma lugar en el rango de temperatura entre los 700 a 900 ºC. La formación puede ocurrir debido a una sobresaturación de nitrógeno (N) como elemento aleante en la ferrita cuando se hace un enfriamiento rápido desde altas temperaturas. La exposición isotérmica entre los 700 y 950 ºC, genera precipitación de Cr2N entre la interfase /, sobre los bordes de grano y a lo largo de dislocaciones. Esta precipitación facilita la corrosión por picaduras. En cuanto a los CrN se ha reportado su precipitación alrededor de los 1100 ºC pero su presencia no parece tener efecto sobre las propiedades mecánicas [14,42].