Duplex S31803 vs S32205: diferenças de composição química e por que elas são importantes para soldagem

S31803e S32205 são vendidos no mercado como "duplex 2205" e as duas designações são próximas o suficiente em composição para serem frequentemente tratadas como intercambiáveis ​​- mas não são idênticas, e a diferença que as separa, principalmente o conteúdo de nitrogênio, tem um efeito real e documentado na soldabilidade e no desempenho de corrosão. Este guia explica exatamente o que distingue o S31803 do S32205, por que o S32205 foi desenvolvido como uma versão mais rigorosa da especificação original e por que a diferença de nitrogênio entre eles é mais importante no local em que o aço inoxidável duplex é mais vulnerável: a zona-afetada pelo calor de uma solda.

Qual é a diferença entre o aço inoxidável duplex S31803 e S32205?

S32205é uma versão com composição mais restrita do S31803, estreitando as faixas permitidas para cromo, molibdênio e - mais significativamente - nitrogênio, de modo que cada calor produzido sob a designação S32205 atenda a um teor mínimo garantido de liga mais alto do que a especificação mais ampla do S31803 exige.

Ambas as designações descrevem o mesmo aço inoxidável duplex fundamental, comumente conhecido pelo nome comercial "2205", e ambas são regidas pela ASTM A240 e especificações relacionadas. S31803 foi a designação UNS original para esta liga, com uma faixa de composição permitida relativamente ampla. O S32205 foi introduzido posteriormente especificamente para estreitar essa faixa na extremidade inferior, removendo o "canto" de composição onde um calor S31803 totalmente compatível poderia transportar significativamente menos cromo, molibdênio e nitrogênio do que o perfil de desempenho típico e mais conhecido da liga sugeriria. Na prática, a maior parte da produção atual de moinhos e as especificações de projetos modernos fazem referência ao S32205 exatamente por esse motivo - ele fornece uma garantia de desempenho mais rígida e confiável do que o S31803 sozinho.

Uma comparação de composição-a{1}}lado a lado:

Tabela 1. Faixas representativas de composição nominal para S31803 e S32205 de acordo com ASTM A240. Os valores são ilustrativos e arredondados; confirme os limites exatos em relação à edição atual da especificação aplicável antes de usar na documentação de aquisição ou projeto.

Por que o S32205 foi desenvolvido como uma versão mais rígida do S31803?

O S32205 foi desenvolvido porque a ampla faixa de composição do S31803 permitiu a produção de calores totalmente compatíveis na extremidade inferior do teor de cromo, molibdênio e nitrogênio, e o material dessa extremidade inferior não fornecia de maneira confiável a resistência à corrosão e o desempenho de soldagem que o mercado esperava do aço inoxidável duplex "2205".

Existe uma faixa de especificações para acomodar a variação normal na produção de aço e, ao mesmo tempo, garantir que o material atenda ao envelope de desempenho pretendido, mas uma faixa muito ampla cria um problema prático real: duas baterias podem ser legitimamente certificadas para a mesma designação, embora tenham desempenho significativamente diferente em serviço. Isso é precisamente o que aconteceu com a experiência documentada da indústria S31803 - que mostrou que baixas-calor de nitrogênio perto da parte inferior da faixa S31803 poderiam apresentar resistência reduzida à corrosão e, mais importante para equipamentos fabricados, soldagem menos confiável e desempenho de zona afetada pelo calor-do que a reputação da liga sugeria.

O S32205 aborda isso diretamente, aumentando o teor mínimo de nitrogênio, cromo e molibdênio, eliminando efetivamente o canto-de desempenho inferior da faixa original, deixando a extremidade superior da faixa S31803 essencialmente inalterada - e é por isso que o material S32205 é frequentemente descrito como simplesmente "o bom final da faixa S31803, sempre garantido", em vez de uma liga fundamentalmente diferente.

Como o teor de nitrogênio afeta a soldabilidade em aço inoxidável duplex?

O nitrogênio é o elemento mais importante que controla o quão bem a austenita se reforma na zona-afetada pelo calor durante a soldagem de aço inoxidável duplex, porque promove fortemente a transformação da ferrita de volta em austenita à medida que a solda esfria, e nitrogênio insuficiente pode deixar a zona-afetada pelo calor com mais ferrita do que a microestrutura duplex balanceada pretendida exige.

A valiosa combinação de resistência e resistência à corrosão do aço inoxidável duplex depende da manutenção de uma mistura aproximadamente equilibrada de fases de austenita e ferrita em todo o material, inclusive na zona-afetada pelo calor adjacente a qualquer solda. Quando o aço duplex é soldado, o metal base imediatamente próximo à solda é aquecido em uma faixa de temperatura onde se transforma quase inteiramente em ferrita; à medida que esta região esfria novamente, parte dessa ferrita precisa se transformar novamente em austenita para restaurar o equilíbrio de fases pretendido, e o nitrogênio é o principal elemento de liga que impulsiona essa transformação, expandindo a faixa de temperatura e melhorando a cinética da reforma da austenita durante o resfriamento.

Um calor de metal base com maior teor de nitrogênio - como as garantias mínimas restritas do S32205 - reforma a austenita de forma mais confiável e completa na zona afetada pelo calor- do que um calor menor-de nitrogênio sob as mesmas condições de soldagem, que é a razão direta e prática pela qual o teor de nitrogênio é tratado como uma variável consequencial em procedimentos de soldagem de aço inoxidável duplex.

Como o S31803 e o S32205 se comparam em PREN e resistência à corrosão?

A composição apertada do S32205 fornece de forma confiável um Número Equivalente de Resistência à Picagem (PREN) de aproximadamente 35 ou superior em toda a sua faixa de especificações, enquanto a faixa mais ampla do S31803 permite aquecimentos com um PREN significativamente mais baixo na extremidade inferior - uma lacuna que importa diretamente para a corrosão por pite de cloreto e resistência à corrosão em frestas em serviço.

Usando a fórmula PREN padrão (PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N), as diferenças de composição entre as duas designações se traduzem diretamente em uma diferença calculável no desempenho de corrosão esperado: um calor S31803 de baixa- extremidade, com cromo, molibdênio e nitrogênio, todos próximos ao fundo de suas faixas permitidas, pode calcular um PREN na faixa de 20 a 30 anos, enquanto Os mínimos elevados do S32205 garantem um PREN confortavelmente igual ou superior a aproximadamente 35 para qualquer calor compatível.

Esta não é uma distinção marginal ou teórica - é a razão específica e quantificável pela qual o S32205 é geralmente considerado como a escolha mais confiável sempre que a tolerância à corrosão de um projeto foi calculada assumindo o desempenho do grau 2205 padrão, uma vez que a especificação do S31803 sem requisitos de composição adicionais deixa aberta a possibilidade de receber material na extremidade inferior dessa faixa de desempenho esperada.

O que acontece na zona{0}afetada pelo calor ao soldar aço duplex com baixo teor de{1}nitrogênio?

Soldar um calor S31803 com baixo teor de-nitrogênio pode produzir uma zona-afetada pelo calor com excesso de ferrita e conteúdo de austenita correspondentemente reduzido, o que reduz a tenacidade e a resistência à corrosão localizada dessa região específica em relação ao metal base circundante e ao metal de solda adequadamente balanceado.

Uma zona excessivamente ferrítica-afetada pelo calor é um risco genuíno e documentado na fabricação de aço inoxidável duplex e acarreta duas consequências práticas distintas. Primeiro, a ferrita geralmente é menos tenaz que a austenita em uma determinada temperatura, portanto, uma zona-afetada pelo calor com mais ferrita do que o pretendido pode apresentar resistência ao impacto reduzida, uma preocupação específica em baixas-temperaturas ou serviços carregados-de impacto.

Em segundo lugar, como a resistência à corrosão no aço inoxidável duplex depende de ambas as fases carregarem uma parcela apropriada de cromo, molibdênio e nitrogênio da liga, uma proporção de fase desequilibrada na zona-afetada pelo calor pode reduzir localmente a resistência à corrosão abaixo do que o cálculo do PREN em massa sugeriria - significando que a zona-afetada pelo calor, e não o metal base ou mesmo o metal de solda em si, é muitas vezes o elo mais fraco no desempenho de corrosão de uma fabricação de aço inoxidável duplex. Este é precisamente o modo de falha contra o qual o mínimo de nitrogênio restrito do S32205 foi projetado para proteger, garantindo que cada calor compatível carregue nitrogênio suficiente para suportar a reforma confiável da austenita, mesmo sob condições realistas de soldagem de produção.

S31803 e S32205 são intercambiáveis ​​na prática?

S31803 e S32205 são semelhantes o suficiente para serem frequentemente tratados como intercambiáveis ​​no uso casual da indústria, mas não são especificações formalmente idênticas, e para aplicações críticas de corrosão-críticas ou de soldagem-, especificar S32205 explicitamente - ou adicionar requisitos de composição suplementares a um pedido S31803 - fornece uma garantia de desempenho significativamente mais confiável.

Uma comparação direta das implicações práticas para serviços críticos de soldagem e corrosão-:

Tabela 2. Comparação prática de S31803 e S32205 para aplicações críticas de soldagem e corrosão-.

Em muitas aplicações estruturais gerais ou-não críticas, a diferença prática entre as duas designações pode nunca se tornar aparente, uma vez que grande parte do material disponível comercialmente já tende para o limite superior da faixa S31803 na produção comum. O risco está especificamente na faixa inferior da linha S31803, que é legalmente compatível, mas não tem garantia de ser excluída de um determinado pedido de compra - e é por isso que confiar apenas na designação, sem requisitos específicos adicionais, é uma lacuna real em projetos de fabricação críticos contra corrosão ou fortemente soldados.

Quais práticas de soldagem e metal de adição se aplicam a ambas as classes?

Tanto o S31803 quanto o S32205 são normalmente soldados com um metal de adição-compatível contendo maior teor de níquel do que o metal de base - geralmente um consumível do tipo 2209-- especificamente para ajudar a promover a formação de austenita no próprio metal de solda, embora essa prática de metal de adição não compense totalmente o baixo teor de nitrogênio do metal de base-na zona afetada pelo calor.

Os metais de adição de soldagem duplex são deliberadamente formulados com maior teor de níquel do que o metal base porque o níquel, assim como o nitrogênio, promove a formação de austenita, e aumentar o níquel no enchimento é uma maneira prática de ajudar a garantir que o próprio metal de solda depositado alcance um bom equilíbrio de fases, mesmo que a composição do enchimento de soldagem possa ser controlada independentemente do metal base.

Essa estratégia de metal de adição funciona bem para o metal de solda em si, mas é importante reconhecer sua limitação: o metal de adição não pode influenciar a zona-afetada pelo calor no metal base adjacente, uma vez que essa região é metal base não fundido que foi simplesmente aquecido e resfriado, e não preenchido com novo material. É precisamente por isso que o teor de nitrogênio do metal base - a principal distinção entre S31803 e S32205 - permanece uma variável crítica e independente na soldabilidade duplex que a seleção correta do metal de adição por si só não pode resolver completamente.

Qual designação você deve especificar para novos projetos?

S32205 é geralmente a designação mais prudente a ser especificada para novos projetos, especialmente aqueles que envolvem serviços críticos significativos de soldagem ou corrosão-de cloreto, porque sua composição compacta remove o canto de baixo-desempenho da linha S31803 sem qualquer complexidade adicional na aquisição ou fabricação.

Uma lista de verificação de especificações práticas:

• Especifique S32205 por designaçãoonde quer que a tolerância à corrosão ou a vida útil do projeto assuma um desempenho padrão e confiável da classe 2205, em vez de depender da linha mais ampla do S31803.
• Se S31803 precisar ser especificadopor motivos herdados, contratuais ou de disponibilidade, considere adicionar requisitos de composição suplementares (como teor mínimo de nitrogênio ou PREN mínimo) ao pedido de compra para preencher a lacuna com o S32205.
• Solicite certificados de fábrica e verifique a composição real do calorem vez de assumir o desempenho nominal "2205" apenas a partir da designação, especialmente para fabricações fortemente soldadas ou-críticas à corrosão.
• Qualificar os procedimentos de soldagem com base no calor real ou em um limite inferior representativo da faixa especificada,não apenas em um calor favorável e com alto teor de-nitrogênio, para garantir que o procedimento qualificado permaneça válido em toda a gama de materiais que podem ser fornecidos.

Perguntas frequentes

O S32205 é uma liga completamente diferente do S31803?

Não - S32205 é melhor entendido como uma especificação de composição restrita dentro da mesma família fundamental de liga duplex 2205, não como uma liga distinta; ambos compartilham a mesma metalurgia duplex básica de cromo-níquel-molibdênio-nitrogênio, com o S32205 simplesmente garantindo uma faixa de desempenho-mais estreita e superior.

O material certificado como S31803 também pode ser certificado como S32205 se sua composição estiver dentro da faixa mais restrita?

Sim, e isso é comum na prática - muitos moinhos produzem material que atende a ambas as designações simultaneamente e-certificam-no duplamente como S31803/S32205, já que o calor produzido dentro da faixa mais restrita do S32205 também satisfaz automaticamente a faixa mais ampla do S31803.

A diferença de nitrogênio entre S31803 e S32205 afeta as propriedades mecânicas e também a resistência à corrosão?

Sim, o - nitrogênio também contribui para a resistência do aço inoxidável duplex por meio do fortalecimento da solução-sólida, portanto, o material S32205 com-nitrogênio mais alto pode apresentar resistência modestamente maior, além de suas vantagens de corrosão e soldabilidade, embora esta seja uma consideração secundária em relação ao equilíbrio-de fase e aos efeitos de corrosão discutidos neste guia.

A qualificação do procedimento de soldagem deve diferir entre S31803 e S32205?

Os procedimentos de soldagem devem ser qualificados em material representativo do que realmente será usado na produção e, dada a lacuna de desempenho documentada no limite inferior da faixa S31803, um procedimento qualificado apenas em um alto-calor de nitrogênio pode não representar o pior-desempenho se o material S31803 com menor teor de-nitrogênio puder ser fornecido posteriormente sob o mesmo pedido de compra.

O duplex 2507 é afetado por um problema semelhante-relacionado ao intervalo?

Classes super duplex como 2507 têm suas próprias faixas de especificações e considerações e, embora o princípio geral de que a composição afeta a soldabilidade e o desempenho contra corrosão se aplique amplamente às classes duplex, o aperto específico S31803-a-S32205 discutido neste guia é específico da família duplex padrão 2205 e não deve ser considerado como aplicável de forma idêntica a outras designações duplex ou super duplex sem verificar a especificação aplicável.