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Comparación de la resistencia a la corrosión y la idoneidad para entornos marinos del acero inoxidable 17-4PH y 15-5PH

30 de octubre de 2025

Diferencias fundamentales en la resistencia a la corrosión

Tanto el 17-4PH como el 15-5PH son aceros inoxidables martensíticos de endurecimiento por precipitación, que logran un equilibrio entre alta resistencia y resistencia a la corrosión mediante la combinación de elementos como el cromo (Cr), el níquel (Ni) y el cobre (Cu). Las principales diferencias residen en las proporciones de su composición química y su microestructura, que a su vez inciden en su resistencia a la corrosión.:

Contenido de cromo y estabilidad de la película de pasivación

El contenido de cromo de 17-4PH suele ser del 15% al 17,5% (normalmente alrededor del 16%), mientras que el contenido de cromo del 15-5PH es ligeramente inferior (del 14% al 15,5%, normalmente alrededor del 15%). El cromo es un elemento clave en la formación de un denso óxido de cromo (Cr₂O₃) película de pasivación en acero inoxidable, que bloquea eficazmente la reacción entre el agua, el oxígeno y el metal base. Un mayor contenido de cromo significa que es más probable que 17-4PH mantenga una capa de pasivación estable en entornos estáticos, lo que le otorga una ligera ventaja en la resistencia a la corrosión en medios atmosféricos generales, agua dulce o débilmente ácidos/alcalinos.

Efectos sinérgicos del níquel y el cobre

El contenido de níquel de 15-5PH (3%-5%, típicamente 4%) es significativamente mayor que el de 17-4PH (3%-5%, típicamente alrededor del 3%), mientras que el contenido de cobre de 17-4PH (3%-5%, típicamente 4%) es generalmente mayor que el de 15-5PH (1%-2%). El níquel mejora la estabilidad de la fase austenítica y mejora la ductilidad de la película de pasivación, mientras que el cobre precipita una fase rica en cobre ( mi -Cu) durante el endurecimiento por precipitación, lo que fortalece el material pero puede reducir ligeramente la resistencia a la corrosión por picaduras debido a las diferencias de potencial locales que actúan como ánodo de las microceldas. Sin embargo, 15-5PH compensa parcialmente este riesgo con su mayor contenido de níquel, lo que resulta en una mejor resistencia a la corrosión por picaduras equivalente (estimación del valor PREN) en entornos de iones de cloruro.

Uniformidad de la microestructura

Después de procesos de tratamiento térmico optimizados (como el estado H1150M), 15-5PH exhibe menos precipitación de carburo en el límite de grano y una mejor uniformidad de microestructura que 17-4PH (comúnmente estado H900/H1150). La microestructura uniforme reduce los "puntos de ruptura" para la corrosión localizada, especialmente en áreas soldadas o zonas de concentración de tensión, donde 15-5PH normalmente exhibe una mayor resistencia a la corrosión intergranular y al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC).

Desafíos especiales y adaptabilidad a los ambientes marinos

Los entornos marinos son escenarios típicos de alta corrosión, con factores corrosivos clave que incluyen alta niebla salina (concentraciones de iones de cloruro que alcanzan decenas de miles de ppm), condiciones alternas de humedad y sequía, radiación ultravioleta e impactos mecánicos periódicos. Para cumplir estas condiciones, el acero inoxidable debe cumplir simultáneamente los siguientes requisitos: ① Alta resistencia a la corrosión por picaduras o grietas por cloruro; ② Excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC); ③ Estabilidad a largo plazo de la película de pasivación de superficies.

Limitaciones del 17-4PH

Aunque el 17-4PH tiene un alto contenido de cromo, su bajo contenido de níquel (aproximadamente 3%) y su alto contenido de cobre (alrededor de 4%) se convierten en potenciales debilidades en ambientes marinos.:

Sensibilidad al ion cloruro: Los iones de cloruro pueden dañar la película de pasivación, mientras que el bajo contenido de níquel debilita la capacidad de autocuración de la película de pasivación, lo que aumenta el riesgo de corrosión por picaduras. Especialmente en la zona de salpicaduras (concentración de sal) o en la zona afectada por el calor de la soldadura, el 17-4PH puede presentar picaduras de corrosión localizadas.

Riesgo de corrosión por tensión: La propia matriz martensítica es sensible al SCC y, junto con la actividad electroquímica de los precipitados de cobre, el 17-4PH es más propenso al agrietamiento intergranular en condiciones de alta temperatura y humedad (p. ej., mares tropicales) o condiciones de tensión de tracción (p. ej., conexiones de sujetadores).

Ventajas de 15-5PH

15-5PH optimiza significativamente su adaptabilidad a ambientes marinos a través de un mayor contenido de níquel (aproximadamente 4%) y un menor contenido de cobre (1%-2%):

Resistencia a la corrosión por picaduras y grietas: el níquel mejora la densidad y las propiedades de autocuración de la película de pasivación. Combinado con un contenido moderado de cromo (15%), la temperatura crítica de picadura (CPT) de 15-5PH en una solución de NaCl al 3,5% suele ser de 5-10°C superior a la del 17-4PH (datos experimentales). Además, el menor contenido de cobre reduce las diferencias electroquímicas microscópicas, lo que reduce la probabilidad de que se inicie la picadura.

Resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC): la adición de níquel mejora la estabilidad de la fase austenítica y suprime la tensión residual durante el proceso de transformación martensítica. Al mismo tiempo, la reducción de los precipitados de cobre reduce la actividad anódica local, lo que resulta en un tiempo crítico de SCC más largo para 15-5PH en pruebas de inmersión en agua de mar o niebla salina (según los estándares ASTM G36, el tiempo crítico de SCC de 15-5PH es típicamente 1,5-2 veces el de 17-4PH).

Fácil de procesar y mantener: la microestructura uniforme de 15-5PH le permite mantener una buena resistencia a la corrosión sin un tratamiento térmico complejo después de la soldadura, lo que lo hace adecuado para componentes estructurales soldados comunes en ingeniería marina (como soportes de tuberías y conexiones de bridas).

15-5PH es la opción preferida para entornos marinos

En resumen, 15-5PH es más adecuado para ambientes marinos en términos de resistencia a la corrosión, especialmente en escenarios que involucran exposición prolongada a niebla salina alta, condiciones alternas de humedad y sequía o concentración de tensiones (como componentes de barcos, sujetadores de plataformas marinas y equipos de tratamiento de agua de mar). Su mayor contenido de níquel y menor contenido de cobre contribuye a una película de pasivación más estable, una mayor resistencia a la corrosión por picaduras/SCC y una resistencia superior a la corrosión posterior a la soldadura.

Sin embargo, para aplicaciones que requieren una resistencia extremadamente alta (como componentes cargados por impacto que requieren mayor dureza > 45 HRC) y ambientes corrosivos relativamente leves (como áreas de agua dulce cercanas a la costa o componentes no críticos expuestos intermitentemente al agua de mar), aún se puede usar 17-4PH seleccionando un estado de tratamiento térmico suave como H1150M (sacrificando algo de fuerza para mejorar la resistencia a la corrosión). Sin embargo, en general, el 15-5PH es una opción más confiable para ambientes marinos hostiles.

Comparación de la resistencia a la corrosión y la idoneidad para entornos marinos del acero inoxidable 17-4PH y 15-5PH

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