Acero inoxidable en grados de materiales de ingeniería marina para refrigeración, lastre y extinción de incendios de agua de mar - Conocimiento

Tres sistemas en el mismo barco manejan el mismo fluido (agua de mar) pero exigen tres aceros inoxidables diferentes. El enfriamiento con agua de mar es una tarea de flujo continuo, por lo que el dúplex 2205 se encarga de la mayor parte. El lastre es una tarea intermitente, estancada y cargada de sedimentos, por lo que necesita más molibdeno o un proceso de recubrimiento. La extinción de incendios es una tarea normalmente inactiva, que de repente alcanza un flujo máximo, y es la más difícil de las tres: una tubería contra incendios húmeda puede permanecer quieta durante un año y luego funcionar a toda velocidad en noventa segundos.

Stainless Steel in Marine Engineering

Si recuerdas sólo una frase, recuerda esta:En agua de mar, el acero inoxidable falla por corrosión en grietas y picaduras debajo del depósito, no por corrosión uniforme; por lo tanto, el grado que elija debe coincidir con el tiempo que la superficie permanece húmeda y quieta, no solo con el nivel de sal del agua.

Esta guía está escrita para ingenieros de tuberías y equipos, equipos de adquisiciones e inspectores de sociedades de clasificación que tienen que defender una elección de material en papel. Cada sección comienza con una pregunta, da la respuesta en una o dos oraciones y luego explica el razonamiento y los números detrás de ella.

Puede leerlo de principio a fin o ir directamente al sistema que está especificando: refrigeración por agua de mar, lastre o extinción de incendios. La matriz de comparación en el medio consolida los tres y el apéndice enumera los estándares, supuestos y metadatos de publicación.

Tres variables deciden el resultado: contenido de aleación (expresado como PREN), temperatura de servicio y con qué frecuencia se moja y fluye la superficie. La salinidad por sí sola no dice casi nada.

Los ingenieros suelen pedir "un grado resistente al agua de mar" como si la resistencia fuera una sola propiedad. No lo es. El agua de mar ataca al acero inoxidable mediante la ruptura localizada de la película pasiva, y esa ruptura depende de un umbral que se mueve con la temperatura.

A tubo 316Leso da quince años en una línea de enfriamiento del Mar del Norte a 12 grados puede perforar en dieciocho meses en una salida de condensador del Golfo a 45 grados. Misma química del agua, misma aleación, diferente temperatura. La aleación no cambió; el umbral se movió por debajo de la condición de operación.

La consecuencia práctica es que una hoja de datos de material sin una temperatura de servicio y un régimen de flujo no es una especificación. Es un deseo. Cualquier propuesta creíble para un sistema de agua de mar debe indicar la temperatura de diseño, la velocidad mínima y máxima, el régimen de cloración y los períodos de estancamiento esperados, porque cada una de esas cuatro entradas puede hacer avanzar la respuesta uno o dos grados.

Nada formal. Es una frase de marketing que no tiene definición en ninguna norma y se aplica con mayor frecuencia a 316 - un grado que es realmente adecuado para herrajes de cubierta y pasamanos, y realmente inadecuado para tuberías sumergidas en agua de mar.

No existe una clasificación de "grado marino" en ASTM, EN o ISO. Lo que existe es un conjunto de selecciones de materiales específicos del servicio publicado por sociedades de clasificación, NORSOK y especificaciones del propietario, y esos documentos son mucho más conservadores de lo que sugiere el término de marketing.

La confusión tiene un costo real. Un comprador que escriba "acero inoxidable de grado marino" en una solicitud recibirá 316L, porque ese es el grado más barato que la frase puede describir de manera plausible. Ese 316L luego pasa a un cabezal de enfriamiento de agua de mar, donde será el primer elemento en la lista de fallas.

En su lugar, escriba el número UNS. S31603, S32205, S32750, S31254 - son inequívocos, aparecen en el certificado de la fábrica y se pueden verificar. El "grado marino" no se puede verificar, razón por la cual nunca debería aparecer en una orden de compra.

PREN=%Cr + 3.3 × %Me + 16 × %N. Para que el agua de mar fría fluya continuamente, se necesita aproximadamente PREN 35; para un servicio cálido, estancado o propenso a grietas necesita PREN 40 o superior. Pero PREN es una herramienta de detección, no una garantía.

PREN, el número equivalente de resistencia a las picaduras, es una suma ponderada de los tres elementos que estabilizan la película pasiva contra el ataque de cloruros. El cromo forma la película; el molibdeno y el nitrógeno lo reparan localmente cuando el cloruro se abre paso.

La fórmula es deliberadamente simple, lo que constituye a la vez su punto fuerte y su punto débil. Ignora la microestructura, el contenido de inclusiones, el acabado superficial y el tratamiento térmico, todos los cuales son importantes. Dos hornadas de 2205 con PREN idéntico pueden diferir considerablemente en la temperatura crítica de picadura medida si una de ellas fue recocida incorrectamente.

Por eso las especificaciones serias no se limitan al número calculado. Requieren un resultado medido: una temperatura de picadura crítica de ASTM G48 Método A, o una prueba de corrosión de ASTM G150, informada sobre el calor real. La siguiente tabla muestra valores típicos; Trate la columna PREN como una ayuda de diseño y la columna CPT como el criterio de aceptación.

Grado (UNS)	nombre común	PREN típico	CPT típico, grado (ASTM G48 A)	Práctico techo de agua de mar
S31603	316L	24–26	20–25	25 a 30 grados, solo fluyendo
N08904	904L	34–36	40–50	35 a 40 grados
S32205	Dúplex 2205	34–36	45–55	45-50 grados
S31254	6 meses/254 SMO	42–44	65–80	60–70 grados
S32750	Súper dúplex 2507	41–43	80–90	80–90 grados
N06625	Aleación 625	~50	>85	Severo, además de alta resistencia.

Tenga en cuenta la anomalía en el pedido: 6Mo tiene un PREN ligeramente más alto que el súper dúplex 2507, pero 2507 funciona mejor en muchas tareas con agua de mar. PREN no captura el beneficio de la microestructura dúplex, que resiste el agrietamiento por corrosión bajo tensión de cloruro de una manera que el 6Mo completamente austenítico no puede. Este es el primer lugar donde un solo número induce a error.

Porque su temperatura crítica de picadura es solo de 20 a 25 grados, y su temperatura crítica de grieta es aún más baja. En la mayoría de los sistemas de agua de mar, el metal pasa gran parte de su vida dentro de una grieta a una temperatura superior a ese umbral.

Why does 316L fail in seawater even

Mire dónde falla realmente el 316L. Rara vez se trata de un tramo recto de tubería. Está debajo de una junta en la cara de una brida, debajo de un soporte de tubería, debajo de un grupo de percebes, dentro de una junta roscada o en el tramo muerto detrás de una válvula cerrada.

Cada uno de esos lugares es una grieta: una geometría por donde entra el agua de mar pero no puede intercambiarse libremente. El oxígeno se consume más rápido de lo que se puede reponer, la química local cambia, el cloruro se concentra y el pH dentro de la brecha cae. La película pasiva no puede reconstruirse en ese entorno y comienzan las picaduras.

Esta es la razón por la que las fallas de agua de mar 316L tienen el aspecto que tienen: pozos profundos aislados con metal brillante en el fondo, rodeados de una superficie intacta. La tubería no se corroyó. Un centímetro cuadrado lo hizo.

Hay un giro contrario a la intuición que vale la pena conocer. El agua de mar natural forma una biopelícula sobre el acero inoxidable que aumenta su potencial de corrosión en aproximadamente 200 a 400 mV, y un potencial más alto significa una mayor fuerza impulsora para el ataque de grietas.

La cloración previene esa biopelícula, por lo queEl agua de mar clorada suele ser menos agresiva para el acero inoxidable que el agua de mar limpia y sin cloro.- lo contrario de lo que la mayoría de la gente supone. Por lo tanto, el control de la bioincrustación es una medida de control de la corrosión, no sólo una medida de transferencia de calor.

CPT es la temperatura a la que comienzan las picaduras en una superficie abierta; CCT es la temperatura más baja a la que comienzan dentro de una grieta. Para los grados austeníticos, la CCT se ubica aproximadamente entre 15 y 25 grados por debajo del CPT, y para los grados dúplex, la brecha es menor pero aún real.

La distinción es importante porque casi todos los componentes de acero inoxidable de agua de mar contienen grietas por diseño. Una brida atornillada con una junta en espiral es una grieta controlada. Una junta laminada de tubo a placa de tubos es una grieta controlada. Un asiento de válvula es una grieta controlada.

Si selecciona CPT, está seleccionando la ubicación más fácil en el componente. Si selecciona CCT, está seleccionando la ubicación que realmente fallará.

La respuesta de la ingeniería no es sólo mejorar la aleación. También es para reducir la grieta. Soldar en lugar de brida cuando el acceso para mantenimiento lo permita. Utilice juntas de cara completa en lugar de juntas de cara elevada. Especifique una soldadura de sello en uniones de tubo a placa de tubos. Mantenga los soportes alejados de la superficie de la tubería con un espacio de drenaje y nunca permita que una línea de acero inoxidable se asiente sobre una montura de acero al carbono.

Detalle de diseño	lo que crea	Mitigación
Brida atornillada, cara elevada	Grieta entre la junta y la cara de la brida	Junta de cara completa o soldar la junta
Sillín de soporte de tubería	Grieta húmeda permanente más par galvánico	Abrazadera con ranura de drenaje, aislada del acero
Junta roscada	Grieta profunda e inspeccionable	Reemplazar con junta soldada o bridada
Tubo a placa tubular	Espacio anular en la junta laminada	Soldadura de sello o expansión controlada.
Pierna muerta detrás de una válvula	Agua de mar estancada, sin renovación de oxígeno	Eliminar las piernas muertas; agregar drenaje y punto de descarga

Seis grados cubren casi todo: 316L para circuitos cerrados y hardware no sumergido, 904L para cloruro moderado, dúplex 2205 como el caballo de batalla, 6Mo para intercambiadores de calor de placas y de diámetro pequeño, súper dúplex 2507 para trabajos en caliente o con alto contenido de cloro, y aleaciones de níquel para los casos extremos.

La siguiente tabla es la lista corta que aparece en especificaciones reales. Todo lo que no esté incluido en él es una elección de un especialista o un error.

Calificación	Donde se gana su lugar	donde no lo hace
316L (S31603)	Circuitos de enfriamiento cerrados, aire para instrumentos, herrajes de cubierta, zona de salpicaduras por encima de la línea húmeda	Cualquier tubería de agua de mar sumergida continuamente
904L (N08904)	Líneas de proceso de cloruro moderado, algunos circuitos depuradores	Agua de mar cálida; El costo es difícil de justificar frente a 2205.
Dúplex 2205 (S32205)	Tuberías de refrigeración de agua de mar superiores a DN50, placas de intercambiador de calor de placas, carcasas de bombas, válvulas	Líneas de lastre estancada, agua de mar caliente a más de 50 grados, uniones soldadas de alta tensión sin controles
6 meses (S31254)	Tuberías de agua de mar de pequeño calibre, líneas de instrumentos, intercambiadores de calor de placas, boquillas de diluvio de agua contra incendios	Tuberías de gran diámetro por motivos de costes
Súper dúplex 2507 (S32750)	Agua de mar caliente, salmueras con alto contenido de cloro, circuitos de electrocloración, extintores a alta presión.	Servicio con bajo contenido de cloro a baja temperatura donde 2205 es suficiente
Aleaciones de níquel (625, C276)	Puntas abocardadas, ácido severo y cloruro, componentes críticos no reemplazables	Tuberías generales de agua de mar; el costo es un orden de magnitud mayor

Una regla general útil para la adquisición: el paso de aleación de 316L a 2205 duplica aproximadamente el margen de corrosión en términos de temperatura, y el paso de 2205 a 2507 aproximadamente lo duplica nuevamente. Cada paso cuesta mucho menos que el anterior en términos de mantenimiento, razón por la cual los grados medios dominan las especificaciones reales.

El dúplex 2205 para paquetes de tuberías y placas, el súper dúplex 2507 o 6Mo donde la temperatura de salida supera los 50 grados aproximadamente, y el titanio para haces de tubos en refrigeradores críticos. 316L pertenece únicamente al circuito cerrado.

which grade for piping plate heat exchangers and tube bundles

El enfriamiento con agua de mar es el más indulgente de los tres sistemas porque el flujo es continuo. El flujo continuo mantiene el suministro de oxígeno, evita que los depósitos se asienten y mantiene la superficie por encima del umbral de velocidad donde la bioincrustación no puede adherirse. Ése es precisamente el régimen en el que 2205 funciona bien.

Los detalles de diseño que más importan son los que se encuentran en los límites del supuesto de flujo continuo. La rama de la bomba de reserva, el enfriador de repuesto inactivo, la línea de derivación y la conexión de drenaje están estancados. Estas son las ubicaciones donde un sistema 2205 eventualmente mostrará su primer pozo, y son las ubicaciones que con mayor frecuencia se omiten en una revisión de selección de materiales.

Elemento del sistema de refrigeración	Recomendado	Razón
Tubería principal de agua de mar, DN50 y superiores	Dúplex 2205	Flujo continuo, temperatura moderada, buen CCT
Líneas de instrumentos y de pequeño calibre	6Mo	Pared delgada, flujo bajo, grietas en cada accesorio
Placas intercambiadoras de calor de placas.	2205 o 2507 por encima de 50 grados	Alta turbulencia, grietas estrechas en las juntas
Haz de tubos de carcasa y tubo	Titanio Gr2 o súper dúplex 2507	Pared delgada, temperatura más alta, menos accesible
Carcasa de bomba e impulsor	Dúplex 2205, equivalente al reparto	Alta velocidad, erosión más corrosión.
Cesta y carcasa del colador	6 meses o 2507	Flujo bajo, depósito pesado, apertura frecuente
Ramas de reserva y de derivación	Mismo grado que la línea principal, más drenaje.	Estancado: el verdadero punto de falla

Una nota más sobre los intercambiadores de calor de placas: la ranura de la junta es una hendidura diseñada y el material de la placa es delgado. Un paquete de placas que se abre y se vuelve a empaquetar repetidamente acumula rayones que se convierten en sitios de iniciación de picaduras. Especifique 2205 como mínimo e inspeccione los bordes de la placa en cada servicio.

Por debajo de aproximadamente 1 m/s, la bioincrustación y los sedimentos se depositan y crean corrosión debajo del depósito. Por encima de aproximadamente 3,5 m/s para aleaciones de cobre y 6 m/s para aceros inoxidables, la erosión-corrosión elimina mecánicamente la película pasiva. La ventana de diseño es estrecha y forma parte de la elección del material.

La velocidad generalmente se trata como un parámetro hidráulico, decidido por el ingeniero de tuberías y luego entregado al ingeniero de materiales. Esa secuencia es al revés. La velocidad determina si la película pasiva se repone o se destruye, por lo que pertenece a la discusión sobre la selección del material.

A baja velocidad el modo de falla es biológico. Las larvas se adhieren, los mejillones crecen, los sedimentos se acumulan en los puntos bajos y el metal debajo del depósito se convierte en una grieta anaeróbica. A alta velocidad, el modo de falla es mecánico: la turbulencia en los codos, reductores y cuerpos de válvulas arranca la película más rápido de lo que puede reformarse y el metal se erosiona.

Material	Velocidad mínima	Velocidad máxima	Modo de falla fuera de la ventana.
316L	1.0 m/s	~4 m/s	Picaduras en grietas y debajo de los depósitos con flujo bajo
Dúplex 2205	1.0 m/s	~6 m/s	Bioincrustación en caudales bajos, erosión en caudales altos
Súper dúplex 2507	1.0 m/s	~6–7 m/s	Igual, con margen de temperatura más amplio.
90/10 CuNi	1.0 m/s	~3.5 m/s	Erosión-corrosión superior a 3,5 m/s
Titanio Gr2	1.0 m/s	>10 m/s	Básicamente, velocidad ilimitada en agua de mar limpia.

El objetivo de diseño práctico para líneas de agua de mar inoxidables es de 1,5 a 3,5 m/s. Ese rango mantiene la superficie limpia sin acercarse al umbral de erosión y deja margen para la contaminación que inevitablemente ocurrirá entre los atraques.

Porque el servicio de lastre es intermitente por naturaleza. Una línea de lastre puede estar llena durante una semana, vacía durante un mes y luego medio llena con sedimento durante un año. Ese ciclo produce el peor ambiente posible para el acero inoxidable: anaeróbico, portador de sulfuros y cargado de depósitos.

Un sistema de lastre no es un sistema de refrigeración con otro nombre. Es un ciclo de trabajo completamente diferente, y el ciclo de trabajo impulsa la metalurgia.

Durante un viaje en lastre, los tanques y líneas están llenos y en silencio. El oxígeno es consumido por las bacterias que respiran y por la propia reacción de corrosión. Las bacterias reductoras de sulfato producen sulfuro de hidrógeno, que es agresivo tanto para el acero inoxidable como para las aleaciones de cobre. Los sedimentos se depositan en el fondo de los tanques y en los puntos bajos, creando depósitos profundos donde el metal está completamente protegido de cualquier renovación de oxígeno.

Este es el entorno donde la corrosión influenciada por microbios, o MIC, se convierte en el mecanismo dominante. La MIC no es un tipo separado de corrosión; es corrosión en grietas acelerada por una química local modificada biológicamente. La respuesta metalúrgica es la misma que para cualquier grieta: más molibdeno, más nitrógeno o una capa de barrera.

Elemento del sistema de lastre	Material típico	Consideración clave
Tanque de lastre, revestido	Acero al carbono con epoxi según IMO PSPC	El revestimiento es la barrera; El acero inoxidable no es la defensa principal.
Tanque de lastre, sin recubrimiento	316L o dúplex 2205	Los buques cisterna para productos químicos suelen utilizar 316L; un mayor cloruro favorece 2205
Tubería de lastre, principal	Dúplex 2205 o GRP	La capacidad de drenaje importa más que el grado
Tubería de lastre, diámetro pequeño	6 meses o 2507	Una pared delgada y un estancamiento equivalen a un fracaso temprano
Carcasa de bomba de lastre	Dúplex 2205, reparto	Erosión en el impulsor, corrosión en el tajamar
Máquinas de limpieza de tanques	316L o 2205	Intermitente, de alta velocidad, a menudo pasado por alto

Dos decisiones de diseño superan la elección del grado. La primera es la capacidad de drenaje: una tubería que no se puede drenar completamente retendrá agua de mar en sus puntos bajos indefinidamente, y ninguna aleación sobrevive indefinidamente. El segundo es la integridad del recubrimiento en los tanques. Un tanque de acero al carbono recubierto con un recubrimiento mantenido supera a un tanque de acero inoxidable sin recubrimiento con una estrategia de recubrimiento fallida, a una fracción del costo.

La corriente más agresiva del barco. La electrocloración genera hipoclorito con una alta concentración de cloruro, y la unidad de tratamiento, sus tuberías y el circuito de neutralización ven comburente más cloruro más hidrógeno ocasional. Este es territorio súper dúplex, 6Mo o titanio, nunca 316L.

What changes when a ballast water management system is installed

El Convenio sobre la gestión del agua de lastre exigía que todos los buques cumplieran con la norma de descarga D-2 antes del 8 de septiembre de 2024, por lo que prácticamente todos los buques a flote ahora llevan un sistema de tratamiento. Esa modernización cambió el problema de selección de materiales y muchas especificaciones no se han puesto al día.

Las tecnologías de tratamiento se dividieron en dos familias con diferentes consecuencias materiales. Los sistemas físicos (filtración más UV) son comparativamente benignos: las superficies mojadas ven agua de mar filtrada y luz ultravioleta, y el dúplex 2205 es generalmente adecuado. Los sistemas químicos y electroquímicos no son benignos.

La electrocloración es el caso más exigente. La celda genera hipoclorito de sodio a partir del agua de mar, por lo que el entorno local combina un alto nivel de cloruro, una alta concentración de oxidante, un pH bajo en el electrodo y un subproducto de hidrógeno. El titanio es el material estándar para los electrodos, y la carcasa de la celda y las tuberías inmediatamente posteriores son normalmente súper dúplex, 6Mo o no metálicas.

elemento BWMS	Material recomendado	Por qué
Caja del filtro	Dúplex 2205	Agua de mar continua, temperatura moderada.
Cámara del reactor UV	316L o 2205	Sin oxidante, pero con grietas en las juntas.
Cuerpo celular de electrocloración	Súper dúplex 2507, 6Mo o PVDF	Alto contenido de cloruro y alto contenido de oxidante.
Línea de inyección de hipoclorito	2507, 6Mo o revestido de PTFE	Mayor concentración de comburente en el barco
Circuito de neutralización	2507 o no metálicos	Agente reductor más agua de mar
Líneas de muestreo y seguimiento	6Mo	Pequeño calibre, estancado, parada frecuente

El error común de modernización es reutilizar la tubería de lastre 316L original aguas abajo del punto de inyección. Esa sección ahora transporta agua de mar clorada en una concentración que el diseño original nunca anticipó y, por lo general, falla dentro de los primeros dos años.

Porque combina las peores características de los otros dos sistemas. Una tubería contra incendios húmeda está estancada durante meses, acumula sedimentos y crecimiento marino, y luego debe entregar un flujo total a toda velocidad en el instante en que arranca una bomba. La corrosión por grietas, las picaduras debajo del depósito y la erosión ocurren en el mismo componente.

La extinción de incendios es el sistema en el que la gente menos piensa y en el que más debería pensar. No tiene redundancia en funcionamiento -o funciona o el barco tiene problemas- y pasa el 99,9% de su vida en el estado que menos le gusta al acero inoxidable.

Considere el ciclo de trabajo. El principal es presurizado y estático. En él se acumula agua de mar, se consume oxígeno, se forma biopelícula, los sedimentos se depositan en puntos bajos y detrás de válvulas cerradas. Luego ocurre un incendio, la bomba arranca y la línea pasa de cero a la velocidad de diseño en segundos, transportando esa carga de sedimento a través de cada codo y filtro.

Los fracasos que siguen son predecibles. Hoyos bajo el sedimento en puntos bajos. Ataque de grietas en las conexiones de los ramales de hidrantes. Erosión-corrosión en el primer codo después de la bomba. Filtros y boquillas bloqueados por crecimiento desprendido. Ninguno de estos es causado por que el agua sea salada; Todos ellos son causados por el agua estancada.

Elemento de extinción de incendios	Material recomendado	Razón
Tubería contra incendios, húmeda, de gran diámetro	6Mo, súper dúplex 2507 o 90/10 CuNi	Estancamiento prolongado más flujo elevado repentino
Tubería de fuego, seca	Acero al carbono con revestimiento interno, o 2205	La condición seca elimina el conductor de grietas.
Ramas y válvulas de hidrantes.	Mismo grado que el principal, soldado, no roscado.	La conexión de rama es la grieta clásica.
Boquillas de diluvio y aspersores	6 meses o 2507	Orificio pequeño, estancado, fácilmente bloqueado por el producto de corrosión.
Tubería de espumógeno	316L	La química concentrada, no el agua de mar, gobierna
Carcasa de bomba contra incendios	Dúplex 2205, reparto	Alta velocidad en el arranque

Dos medidas de diseño reducen la carga de material más que cualquier mejora. Primero, coloque la tubería principal de manera que pueda drenarse por completo y drenela durante el mantenimiento. En segundo lugar, enjuague la tubería principal con agua dulce después de cada prueba de flujo si el barco tiene la capacidad. Una tubería principal drenada es una tubería que no se corroe.

También existe una dimensión regulatoria. El capítulo II-2 de SOLAS exige que la tubería contra incendios emita dos chorros simultáneos a una presión mínima de hidrante, y las sociedades de clasificación exigen que el material sea adecuado para el servicio. Una tubería principal que ha perdido la mitad de su diámetro interior debido al producto de corrosión aún pasa una inspección visual y aún no pasa la prueba de flujo.

Los tres sistemas difieren en el ciclo de trabajo, no en la química del agua. El enfriamiento es continuo, el lastre es intermitente y anaeróbico, la extinción de incendios es inactiva y luego extrema. Esa única diferencia explica casi todas las recomendaciones de materiales de esta guía.

Criterio	Enfriamiento por agua de mar	Lastre	extinción de incendios
Régimen de flujo	Continuo, controlado	Períodos de estancamiento prolongados e intermitentes	Inactivo durante meses, luego máximo
Modo de falla dominante	Corrosión por grietas en bridas y soportes.	MIC y picaduras por debajo del depósito	Picaduras debajo del depósito más erosión al inicio
Temperatura	10 a 50 grados, máximo en la salida HX	Ambiente, aproximadamente 0 a 35 grados	Ambiente
Oxígeno	Reabastecido por flujo	Consumido, anaeróbico	Consumido durante el estancamiento
cloración	Continuo, 0,2–0,5 mg/L residual	Intermitente, de BWMS	Ninguno, a menos que esté sonrojado
Calificación predeterminada	Dúplex 2205	2205 con drenaje o acero revestido	6Mo, 2507 o 90/10 CuNi
Grado que reprueba primero	316L	316L, especialmente de diámetro pequeño	316L y acero galvanizado
Costo del fracaso	Pérdida de producción, rotura de tubo.	Incumplimiento normativo, daños al tanque	Pérdida de capacidad de extinción de incendios.

Lea la tabla en la columna "calificación predeterminada" y la lógica será clara. A medida que el ciclo de trabajo se vuelve menos continuo, aumenta el contenido de aleación requerido. El agua no cambió; el patrón de humectación lo hizo.

El cobre-níquel gana cuando la resistencia a la bioincrustación es el requisito dominante, porque los iones de cobre suprimen el crecimiento marino. El titanio gana donde dominan la velocidad, las paredes delgadas y la transferencia de calor, porque es efectivamente inmune al agua de mar a cualquier velocidad. El acero inoxidable gana en resistencia, peso y ausencia de descargas de cobre.

When do copper-nickel and titanium beat stainless steel

Las aleaciones de cobre y níquel 90/10 y 70/30 fueron el material predeterminado para las tuberías de agua de mar durante la mayor parte del siglo XX y siguen siendo una opción legítima. Su ventaja es biológica: el cobre que se desprende de la superficie es tóxico para los organismos marinos, por lo que la tubería se mantiene limpia sin necesidad de cloración.

Sus desventajas son igualmente reales. La velocidad máxima es de unos 3,5 m/s, por encima de la cual la erosión-corrosión se vuelve rápida. El agua contaminada con sulfuros o amoniacal los ataca gravemente. Y la descarga de cobre está cada vez más restringida en algunos puertos y vías navegables interiores, lo que está empujando a los propietarios a optar por el acero inoxidable y los productos no metálicos.

El titanio es la respuesta técnica para los lugares más difíciles: haces de tubos, agua de mar a alta velocidad, paredes delgadas donde una perforación por picadura es inaceptable. No es la respuesta económica para tuberías generales, ya que cuesta aproximadamente cinco veces el costo del material del 316L.

Material	Costo relativo del material (316L=1.0)	Resistencia a la bioincrustación	Límite de velocidad	Mejor aplicación
316L	1.0	Pobres sin cloración	~4 m/s	Solo circuitos cerrados
Dúplex 2205	1.3–1.5	Pobres sin cloración	~6 m/s	Tuberías generales de agua de mar
6Mo	2.4–2.8	Pobres sin cloración	~6 m/s	Diámetro pequeño, placa HX
Súper dúplex 2507	2.3–2.7	Pobres sin cloración	~6–7 m/s	Agua de mar caliente, BWMS
90/10 CuNi	2.2–2.6	Excelente	~3.5 m/s	Tuberías críticas para la bioincrustación
Titanio Gr2	5.0–6.0	Bien	>10 m/s	Haces de tubos, alta velocidad

Los costes son indicativos y varían con los precios del níquel y del molibdeno. Utilice los ratios para estructurar, no para presupuestar.

Los dúplex y superdúplex son menos indulgentes que los grados austeníticos. Necesitan un aporte de calor controlado, purga de nitrógeno, ausencia de precalentamiento, temperatura entre pasadas limitada y verificación del equilibrio de ferrita. Si se equivoca, la resistencia a la corrosión por la que pagó desaparecerá en la zona afectada por el calor.

La metalurgia es sencilla. Los aceros dúplex son aproximadamente mitad ferrita y mitad austenita, y ese equilibrio les da su fuerza y resistencia al cloruro. La soldadura altera el equilibrio: una velocidad de enfriamiento demasiado rápida deja un exceso de ferrita, una velocidad demasiado lenta precipita la fase sigma y los nitruros.

Ambos errores reducen la resistencia a la corrosión y ninguno es visible en una soldadura terminada. Es por eso que la soldadura dúplex es un problema de calificación del procedimiento, no un problema de habilidad.

Parámetro	Dúplex 2205	Súper dúplex 2507
Precalentar	Ninguno	Ninguno
Entrada de calor	0,5–2,0 kJ/mm	0,5–1,5 kJ/mm
Temperatura entre pasadas	Menos o igual a 150 grados	Menos o igual a 100-150 grados
Oxígeno para purga de raíces.	<100 ppm	<50 ppm
Metal de aportación	ER2209	ER2594
Ferrita en metal de soldadura	35–65%	35–65%
Tratamiento térmico post-soldadura	No permitido	No permitido

Dos puntos de fabricación adicionales se aplican a todos los grados de esta guía. Primero, la contaminación por hierro: las herramientas de acero al carbono, el polvo de esmerilado y los desechos del patio de fabricación incrustan partículas de hierro en la superficie del acero inoxidable, y esas partículas se oxidan e inician la picadura. Las herramientas de acero inoxidable dedicadas y un paso final de decapado o pasivación no son opcionales.

En segundo lugar, el acabado de la superficie importa más de lo que admiten la mayoría de las especificaciones. Una tapa de soldadura rugosa o una superficie rectificada con contaminación incrustada se perforará antes que el metal base, independientemente del contenido de aleación. Especifique el acabado, inspecciónelo y no acepte "como soldado" en una línea de agua de mar.

A 25 años, el dúplex 2205 suele ser la opción de menor costo para tuberías de agua de mar, y el 316L suele ser el más caro: más caro que el acero al carbono. El material más barato por kilogramo rara vez es el material más barato por vida útil.

La siguiente tabla modela 400 metros de línea de enfriamiento de agua de mar DN200. El costo de instalación incluye material, fabricación e instalación. El costo de reemplazo incluye remoción, acceso, reinstalación y pérdida de disponibilidad, por lo que es mayor que la instalación original.

Opción	Costo instalado, USD	vida esperada	Reemplazos en 25 años	Total de 25 años, USD
Acero al carbono, revestido con epoxi.	76,000	7 años	3	442,000
316L	132,000	9 años	2	554,000
Dúplex 2205	192,000	25 años	0	192,000
Súper dúplex 2507	300,000	25+ años	0	300,000
90/10 CuNi	312,000	25 años	0	312,000
GRP/GRE	96,000	20 años	1 parcial	250,000

El resultado que sorprende a la mayoría de los equipos de proyecto es la línea 316L. Cuesta un 74% más que el 2205 durante la vida útil del sistema, porque se reemplaza dos veces y cada reemplazo cuesta más que la instalación original. La segunda sorpresa es que el acero al carbono con un revestimiento mantenido supera claramente al 316L.

El GRP es competitivo en cuanto a costos, pero está limitado por la temperatura, la clase de presión y el comportamiento frente al fuego, razón por la cual domina las líneas de lastre y agua de mar en algunos tipos de embarcaciones y está excluido de otros.

Estas cifras son un modelo, no una cotización. Los supuestos se enumeran en el apéndice y la clasificación es sólida ante cambios razonables en la tasa de descuento y el costo del tiempo de inactividad. Lo que no es sólida es cualquier comparación que tenga en cuenta sólo el coste inicial.

Los estándares del producto definen el material; los estándares de prueba prueban las propiedades; Los estándares del proyecto definen los criterios de aceptación. Una orden de compra que cita sólo un estándar de producto está incompleta porque no dice qué evidencia debe proporcionar la fábrica.

Tres capas de documentación rigen la compra de acero inoxidable marino. Los estándares de productos como ASTM A240 o A790 le indican a la fábrica qué fabricar. Los estándares de prueba como ASTM G48 o A923 le indican al laboratorio cómo verificarlo. Las especificaciones del proyecto como NORSOK M-630 le dicen al proveedor qué criterios de aceptación se aplican.

Capa	Estándar	lo que cubre
placa y hoja	ASTM A240/A480	Composición, propiedades mecánicas, acabado.
Tubería sin costura y soldada	ASTM A312, A790, A928	Tubería austenítica y dúplex
tubo intercambiador de calor	ASTM A249, A789	Tubo soldado para intercambiadores.
Guarniciones	ASTM A403, A815	Accesorios austeníticos y dúplex
Bridas y forjados	ASTM A182	F304L, F316L, F51, F53, F55, F44
Bar	ASTM A276, A479	Barra y forjados para válvulas y bombas.
prueba de picaduras	ASTM G48 Método A	Temperatura crítica de picadura
Fase intermetálica	ASTM A923	Fase sigma en dúplex
Contenido de ferrita	Norma ASTM E562	Recuento de ferrita en soldaduras dúplex
Hojas de datos de materiales	NORSOK M-630, MDS D41 / D51 / D55 / D57	Dúplex, superdúplex, aceptación 6Mo
agua de lastre	Convenio BWM de la OMI, Código BWMS	Estándar de tratamiento D-2
Recubrimiento del tanque de lastre	OMI PSPC, MSC.215(82)	Especificación de recubrimiento
fuego principal	SOLAS Capítulo II-2, Reg. 10	Capacidad y disposición

Para una compra de agua de mar, el paquete de documentos mínimo aceptable es: certificado de fábrica según EN 10204 3.1, análisis químico específico de calor que incluye nitrógeno, resultado del Método A ASTM G48 a la temperatura de prueba especificada y, para dúplex, una prueba ASTM A923 o ferrita. Si el proveedor no puede producir el resultado G48 para el calor real, la declaración de calificación no está verificada.

La mayoría de las fallas del acero inoxidable de agua de mar se deben a un error de especificación, no a un defecto del material. Estos ocho representan la mayoría de ellos.

Uno: especificar "grado marino" en lugar de un número UNS.La frase no tiene definición, por lo que se utiliza la interpretación más barata. Escriba S32205, no "grado marino".

Dos: ignorar las grietas.Un grado seleccionado en CPT fallará en la junta, porque el CCT es entre 15 y 25 grados más bajo. Diseñe la grieta o selecciónela.

Tres: diseñar para el estancamiento.Las piernas muertas, los puntos bajos que no son drenables y las ramas inactivas son donde aparece el primer hoyo. También son los problemas más fáciles de solucionar en la etapa de dibujo.

Cuarto: tratar al PREN como una garantía.Dos series con el mismo PREN pueden diferir en el CPT medido. Exija el resultado de la prueba, no el cálculo.

Cinco: grados de mezcla sin aislamiento galvánico.Una línea de acero inoxidable conectada a acero al carbono se convierte en un cátodo grande que acciona un ánodo pequeño. Utilice kits de aislamiento en las transiciones y nunca utilice juntas de grafito.

Seis: especificar dúplex sin controles de fabricación.El aporte de calor, el oxígeno de purga, la temperatura entre pases y el equilibrio de ferrita deben estar en las especificaciones, no dejarse en manos del taller.

Siete: olvidar la estrategia del biofouling.Sin cloración ni limpieza mecánica, las líneas de agua de mar inoxidables se ensucian y luego se corroen debajo del depósito. La selección de materiales y el control de incrustaciones son una sola decisión.

Ocho: comprar al costo por kilogramo.La comparación de 25 años muestra que el 316L cuesta más que el 2205. El primer costo no es un indicador del costo del ciclo de vida.

¿El acero inoxidable 316 es adecuado para agua de mar?

No, no para servicio de inmersión continua.. 316L tiene una temperatura crítica de picaduras de solo 20 a 25 grados y una temperatura crítica de grietas más baja, por lo que se perfora en juntas, soportes y depósitos debajo en la mayoría de los sistemas de agua de mar. Es adecuado para circuitos de enfriamiento cerrados, herrajes de terraza y elementos de zonas de salpicaduras que permanecen secos.

¿Cuál es el mejor acero inoxidable para enfriar agua de mar?

Duplex 2205 es la mejor opción general para tuberías de refrigeración de agua de mar e intercambiadores de calor de placas. Utilice súper dúplex 2507 o 6Mo cuando la temperatura de salida supere los 50 grados y titanio para haces de tubos críticos.

¿Qué valor PREN necesito para agua de mar?

PREN 35 es el mínimo práctico para agua de mar fría que fluye continuamente, y se necesita PREN 40 o superior para un servicio cálido, estancado o propenso a grietas. PREN es un número de evaluación; Confirme la resistencia real con una prueba ASTM G48 al calor.

¿Se puede utilizar el dúplex 2205 para tuberías de agua de lastre?

Sí, siempre que la línea sea drenable y se entienda el régimen de cloración.. 2205 se usa ampliamente para las tuberías principales de lastre. Las líneas de lastre de pequeño calibre y cualquier sección aguas abajo de un punto de inyección de cloración deben actualizarse a 6Mo o 2507.

¿Por qué una tubería contra incendios necesita una calidad más alta que una línea de enfriamiento?

Porque está estancada durante meses y luego fluye a máxima velocidad. Esa combinación produce picaduras debajo del depósito durante los períodos de inactividad y erosión al inicio.. 6Mo, super duplex 2507 o 90/10 CuNi son las opciones habituales; El acero 316L y el galvanizado son los fallos habituales.

¿Cuál es la diferencia entre CPT y CCT?

CPT es la temperatura a la que comienza la picadura en una superficie abierta y libremente expuesta. CCT es la temperatura más baja a la que comienza la picadura dentro de una grieta. Debido a que los componentes reales contienen grietas, CCT es el número que rige el desempeño del servicio.

¿Vale la pena el coste adicional del super dúplex 2507?

Vale la pena cuando la temperatura de servicio supera los 50 grados, donde la concentración de cloruro es elevada o donde el componente no se puede reemplazar. En esas condiciones, 2205 ofrece la misma vida útil a aproximadamente la mitad del costo del material.

¿Se puede utilizar acero inoxidable en los tanques de lastre?

Sí. 316L es común en los tanques de lastre de los camiones cisterna para productos químicos y el dúplex 2205 se usa donde el cloruro o la temperatura son más altos. El acero al carbono recubierto sigue siendo el predeterminado para los tanques de lastre dedicados porque el recubrimiento, no el acero, es la barrera contra la corrosión.

¿Cómo afecta la cloración a la selección de materiales?

La cloración previene la formación de biopelículas y las biopelículas aumentan el potencial de corrosión del acero inoxidable entre 200 y 400 mV. Por lo tanto, el agua de mar clorada suele ser menos agresiva que el agua de mar limpia sin cloro. Sin embargo, el hipoclorito concentrado en un punto de inyección de electrocloración es muy agresivo y requiere 2507, 6Mo o titanio.

¿Qué metal de aportación se debe utilizar para la soldadura dúplex?

ER2209 para dúplex 2205 y ER2594 para súper dúplex 2507. Ambos requieren purga de nitrógeno, entrada de calor controlada y límites de temperatura entre pasadas, y ninguno permite el tratamiento térmico posterior a la soldadura.

¿El acero inoxidable sufre MIC en agua de mar?

Sí. Las bacterias reductoras de sulfato producen sulfuro en condiciones anaeróbicas y cargadas de sedimentos, que es exactamente el ambiente dentro de una línea de lastre estancada o una tubería principal contra incendios inactiva. El resultado es una picadura acelerada debajo del depósito. Las medidas de mitigación son leyes más altas de molibdeno y diseño drenable.

¿Qué certificación debo exigir de la fábrica?

EN 10204 3.1 certificados de fábrica con química específica para el calor, incluido nitrógeno, resultados del Método A ASTM G48 a la temperatura especificada, y para dúplex, ASTM A923 o una verificación del contenido de ferrita. Para sistemas críticos se recomienda la presencia de terceros de la prueba de corrosión.

Especificar mediante número UNS, indicar explícitamente el ciclo de trabajo, exigir la prueba de corrosión por calor y definir los controles de fabricación. Una especificación que haga cualquiera de estos sin los otros tres está incompleta.

La siguiente lista de verificación es el contenido mínimo de una especificación de compra para un sistema de acero inoxidable de agua de mar. Es deliberadamente breve, porque una especificación que nadie lee es peor que una breve que todo el mundo lee.

Artículo	que escribir	Por qué es importante
Calificación	Número UNS más nombre común	Elimina la ambigüedad del "grado marino"
Estándar del producto	ASTM A240, A790, A928 o A815 según corresponda	Define lo que debe hacer el molino.
Deber	Temperatura de diseño, rango de velocidad, períodos estancados.	Estos tres factores impulsan la elección del grado
Prueba de corrosión	ASTM G48 Método A a una temperatura indicada	Convierte un reclamo en evidencia
Microestructura	Contenido de ferrita para dúplex, A923 donde se especifique	Detecta fases nocivas
Acabado superficial	Decapado y pasivado, o Ra especificado	Finalizar los controles de los sitios de iniciación.
Fabricación	Entrada de calor, purga de oxígeno, límite entre pases	Protege la resistencia a la corrosión HAZ
Documentación	ES 10204 3.1, informes de pruebas, trazabilidad térmica	Hace que toda la cadena sea auditable

Dos notas comerciales completan el cuadro. En primer lugar, el plazo de entrega para las placas dúplex y superdúplex es mayor que para la 316L, y los cronogramas de laminación para la placa 2507 pueden extender un proyecto por semanas. Ordene con anticipación o acepte el sustituto. En segundo lugar, la volatilidad de los precios del molibdeno y el níquel significa que una cotización anterior a aproximadamente un mes es sólo indicativa.