PREN explicat: Classificació de les qualitats d'acer inoxidable segons la seva resistència a la picadura

El nombre equivalent de resistència a la picadura, o PREN, classifica les classes d’acer inoxidable segons la seva resistència a la picadura per clorurs mitjançant la fórmula PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N. Segons aquesta escala, l’acer inoxidable estàndard 304 s’ubica al voltant de 18, el 316L al voltant de 24, el duplex 2205 al voltant de 35 i el super duplex 2507 al voltant de 43. Un PREN més elevat significa que l’aliatge pot suportar entorns més càlids i rics en clorurs abans que comenci la picadura localitzada. Com a índex inicial per comparar classes, és el número més útil, sempre que se’n coneguin els límits.

Què valora realment la fórmula
Cada terme de l’equació PREN reflecteix el que un element fa per evitar la ruptura de la pel·lícula passiva. El crom és la base del comportament inoxidable; cal com a mínim uns 10,5 per cent per formar la capa protectora d’òxid de crom, i cada percentatge addicional la reforça. El molibdè té un pes de 3,3 perquè, per unitat, és molt més eficaç que el crom en la repassivació i l’estabilització de les picades un cop els clorurs ataquen. L’nitrogen té el coeficient més elevat, 16, perquè fins i tot petites quantitats milloren dràsticament la resistència a les picades i al mateix temps augmenten la resistència mecànica; per això les actuals classes d’alta prestació contenen deliberadament nitrogen. Una fórmula variant, de vegades anomenada PREN16 o PREW, inclou un terme per al tungstè, però la versió de tres elements és la norma industrial. Algunes referències utilitzen un coeficient d’nitrogen de 30 en lloc de 16 per a classes molt aliades, de manera que cal verificar quin coeficient s’ha emprat en un valor PREN publicat abans de treure’n conclusions.

Classificació de les classes habituals
Aplicant la fórmula a químiques típiques de gamma mitjana, apareix una jerarquia clara. L'acer inoxidable grau 304, amb uns 18 a 20 per cent de crom i sense molibdè intencional, obté un valor d’uns 18 a 20. L'acer inoxidable grau 316L, amb uns 16 a 18 per cent de crom i 2 a 3 per cent de molibdè, arriba a uns 24 a 26; aquest molibdè és la raó per la qual el 316L és l’opció per defecte en aplicacions marines suaus i en moltes aplicacions químiques. L’acer duplex 2205, amb uns 22 per cent de crom, 3 per cent de molibdè i 0,17 per cent de nitrogen, arriba a uns 35. L’acer super duplex 2507, amb uns 25 per cent de crom, 4 per cent de molibdè i 0,28 per cent de nitrogen, arriba a uns 43 i estableix el llindar del PREN per als super duplex per sobre de 40.

Taula: Composició química i PREN aproximat

Quan el PREN realment importa
El PREN es decisiu allà on els clorurs i la corrosió localitzada provoquen la fallada, en lloc de la pèrdua uniforme de metall. L’aigua de mar, l’aigua salobrada, l’aigua produïda, les sales per fondre la neu, la llevatge i les corrents de procés clorades, així com les atmosferes costaneres, ataquen la pel·lícula passiva en punts concrets, obrint picades que poden perforar una paret mentre la superfície circumdant encara sembla brillant. Dues idees relacionades converteixen el PREN en límits d’ús. La temperatura crítica de picadura (CPT) és la temperatura més baixa a la qual es formen picades estables en una solució de clorur definida, i segueix de prop el PREN: el 316L pot mostrar una CPT propera als 15–25 °C en proves estàndard, el 2205 als 35–45 °C i el 2507 per sobre dels 55–70 °C. Un cop el dissenyador coneix la temperatura de funcionament i el nivell de clorurs, comparar el PREN i la CPT entre les classes candidates redueix ràpidament les opcions i evita seleccionar una aleació que picaria durant l’ús. Les conseqüències són reals: una sola picadura en una canonada pressuritzada pot aturar un procés, contaminar el producte i suposar un cost molt superior a la diferència de preu entre les classes, la qual cosa explica per què la selecció guiada pel PREN es considera gestió de riscos, no un detall d’adquisició.

Els límits d’un sol número
PREN és una eina de classificació, no un predictor complet de corrosió, i tractar-lo com una garantia comporta el fracàs. Es calcula a partir de la composició química nominal o de forn i ignora la microestructura que realment s’obté. Un acer duplex amb un PREN correcte pot funcionar malament si el recuit de solució ha estat inadequat i s’ha precipitat fases sigma, perquè les intermetàl·liques extreuen crom i molibdè de la matriu circumdant, independentment de la composició mitjana. Les soldadures són un altre punt cec: les zones afectades tèrmicament i el metall de soldadura no barrejat poden tenir composicions químiques i estructures locals que patiran picadures abans que el metall base, la qual cosa explica per què les proves de corrosió segons les normes ASTM A923 o G48 es fan sobre productes fabricats. PREN no diu res sobre la corrosió per escletxes, que comença a temperatures més baixes que les picadures en superfícies obertes, ni tampoc sobre la fissuració per corrosió sota tensió, l’atac àcid generalitzat o l’erosió. No té en compte l’acabat superficial, la contaminació per ferro embotit ni els sediments que concentren clorurs sota una capa d’òxid.

Ús responsable de PREN en la selecció
El flux de treball pràctic consisteix a fer servir el PREN per una primera selecció, i després confirmar-lo amb dades de servei i proves. Comenceu fent coincidir el PREN amb l’entorn: per a serveis interiors amb baixa concentració de clorurs, l’acer inoxidable 304 és econòmic; per a serveis marins lleus i químics generals, l’acer inoxidable 316L és l’opció més habitual; per a clorurs més càlids o concentrats, passeu a l’acer inoxidable 2205; i per a aigües marines o condicions extremes de clorurs en entorns off-shore, trieu l’acer inoxidable 2507. A continuació, verifiqueu que el material subministrat tingui la microestructura adequada mitjançant metal·lografia i mesura de ferrita, confirmeu la seva composició química mitjançant identificació positiva del material i anàlisi química húmida, i, quan l’aplicació sigui crítica, exigiu proves de corrosió per picadures o corrosió per esquerdes realitzades en laboratori sobre el mateix lot de material i el procediment de soldadura concret. És recomanable documentar, a l’especificació tècnica, la concentració de clorurs assumida i la temperatura màxima del metall, ja que un tipus d’acer inoxidable que resulta adequat per a un nivell general de clorurs pot encara fallar en zones on l’evaporació, els sediments o les esquerdes provoquen una concentració local de clorurs. Emprat d’aquesta manera, el PREN és una eina eficient i basada en principis físics que orienta els compradors cap al tipus d’acer inoxidable adequat, mentre que les proves experimentals confirmen que el tub concret resistirà les condicions de servei.

Preguntes freqüents
P: És sempre millor un PREN més elevat?
R: Per a la resistència a la picadura per clorurs, sí, però les qualitats amb PREN més elevat són més cares i més difícils de fabricar; per tant, cal ajustar el PREN a l’exposició real a clorurs i temperatura, en lloc d’especificar-lo en excesse.
P: El PREN té en compte la corrosió per escletxes o la fissuració per corrosió per tensió?
R: No. El PREN només classifica la resistència a la picadura en superfícies obertes; la corrosió per escletxes, la fissuració per corrosió per tensió i l’atac àcid general requereixen una avaluació i proves separades.

No esteu segurs de quina classe PREN és adequada per al vostre entorn amb clorurs? Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. us pot assessorar i subministrar des de l’acer inoxidable 304 fins a l’2507. Tel. +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/