Propiedades Fundamentales de los Aceros Inoxidables

Los aceros inoxidables se utilizan cuando se requiere una gran resistencia a la corrosión y en instalaciones que operan a muy altas temperaturas, especialmente en zonas de fluencia, donde deben soportar la temperatura de manera excepcional. La clave de su resistencia es la formación de una capa de óxido de cromo (Cr₂O₃). Este óxido es tenaz, opaco, fuertemente adherido, se autorregenera en presencia de oxígeno (O₂) y es impermeable al paso de O₂. Se forma en ambientes oxidantes, no reductores.

Principales Productores Globales de Acero Inoxidable

Los mayores productores, en orden descendente, son:

• Asia
• Europa
• América

Clasificación de Aceros Inoxidables por Aplicación

Aceros Resistentes a la Fluencia

Poseen una estructura martensítica o austenítica, ofreciendo una buena resistencia a la deformación cuando se someten a temperaturas superiores a 550 ºC.

Aceros Refractarios

Son aceros con estructura ferrítica o austenítica que presentan una especial resistencia a la corrosión por gases calientes a temperaturas superiores a 550 ºC en ambientes oxidantes. Elementos como el cromo (Cr), el aluminio (Al) y el silicio (Si) forman una capa protectora.

Aceros Resistentes a la Corrosión

Estos aceros contienen al menos un 10,5% de cromo (Cr) y otros elementos de aleación, principalmente níquel (Ni). El ambiente atmosférico o electroquímico da lugar a una capa pasivamente protectora.

Elementos de Aleación Clave en Aceros Inoxidables

Carbono (C)

De forma genérica, el porcentaje de carbono es bajo, por debajo del 0,1%. Sin embargo, existe un grupo donde es extrabaajo (0,03%), a los que se les añade una letra al final de su designación. Por ejemplo, el acero 304 tiene un 0,08% de carbono, pero si se designa como 304L (L o N), su contenido es del 0,03%. Esto ha sido posible gracias al convertidor. Excepto en los aceros inoxidables martensíticos, el contenido de carbono es muy bajo (L < 0,03%).

Cromo (Cr)

Es un elemento alfágeno que forma una capa en la superficie que resiste el paso de gases y se regenera. Se necesita al menos un 12% de cromo para crear esta capa. En general, estos aceros contienen un mínimo del 10,5% de cromo, lo que desarrolla una capa adherente e insoluble que se forma instantáneamente. También proporciona resistencia a altas temperaturas, especialmente con mayores contenidos de Cr.

Níquel (Ni)

Es un elemento gammágeno. A partir del 8%, estabiliza la fase gamma. Proporciona gran resistencia, ductilidad y tenacidad, incluso a temperaturas criogénicas. Aunque no influye directamente sobre la capa de pasivación, es muy resistente a la acción de ácidos como el sulfúrico. El níquel prácticamente elimina la temperatura de transición frágil-dúctil, desarrollando las características mencionadas incluso a -100 ºC.

Molibdeno (Mo)

Es un elemento alfágeno que proporciona gran resistencia a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en presencia de cloruros (ambiente reductor). Además, aumenta la resistencia en caliente.

Nitrógeno (N)

Es un elemento gammágeno que proporciona gran resistencia a la corrosión por picadura e intergranular. Se encuentra en los aceros inoxidables tipo dúplex, donde también eleva el límite elástico y estabiliza fuertemente la austenita.

Titanio (Ti) y Niobio (Nb)

Son elementos alfágenos. Su presencia previene la corrosión intergranular en las zonas afectadas por el calor (ZAT) de las uniones soldadas, impidiendo la formación de carburos de cromo. En aceros inoxidables ferríticos, previenen fenómenos de fatiga térmica. Es poco común encontrarlos, pero a veces aparece uno u otro, o incluso ambos. Estos aceros se consideran aceros estabilizados, lo que significa que se han añadido estos elementos para evitar la formación de carburos de cromo. Si se añade titanio, este formará todos los carburos posibles, evitando así la formación de carburos de cromo.

Silicio (Si) y Aluminio (Al)

Son elementos alfágenos que favorecen la resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas.

Manganeso (Mn)

Es un elemento gammágeno. Su contenido suele ser superior al 0,03%.

Estrategias para Prevenir la Formación de Carburos

Para evitar la formación de carburos, las tácticas principales son:

• Reducir el porcentaje de carbono.
• Si no es posible reducirlo más, añadir titanio o niobio.

El cromo extingue el campo martensítico. Para que un acero sea austenítico, el 8% de níquel es el límite; todo acero por debajo del 8% de níquel es un acero ferrítico.

Tipos de Aceros Inoxidables por Microestructura

Aceros Inoxidables Ferríticos

Dependen del cromo y del carbono (generalmente < 0,2%). Solo contienen cromo y nada de níquel.

Aceros Inoxidables Martensíticos

Contienen cromo (12-13%) y se encuentran en el intervalo bifásico. La longitud de este intervalo depende del porcentaje de carbono; a mayor porcentaje de carbono, mayor es la longitud.

Aceros Inoxidables Austeníticos

Requieren un contenido de níquel (Ni) igual o superior al 8%. No son magnéticos.

Aceros Inoxidables Dúplex

Con un contenido de níquel (Ni) inferior al 8%, se encuentran en una zona bifásica. También se les denomina austenoferríticos (fase alfa + fase gamma). Tienen una proporción de austenita o ferrita que oscila entre el 60% y el 40%.

Diagramas de Estabilidad Microestructural

Estos diagramas son fundamentales para comprender la estabilidad de los materiales.

Diagrama de Schaeffler

Se presentan los elementos gammágenos frente a los alfágenos, permitiendo determinar el cromo equivalente y el níquel equivalente.

• Níquel equivalente: %Ni + 30*%C + 0,5*%Mn
• Cromo equivalente: %Cr + %Mo + 1,5*%Si + 0,5*%Nb

Diagrama de DeLong

Similar al diagrama de Schaeffler, pero incorpora el nitrógeno en sus cálculos.

• Níquel equivalente: %Ni + 30*%C + 0,5*%Mn + 30*%N
• Cromo equivalente: %Cr + %Mo + 1,5*%Si + 0,5*%Nb

Características Detalladas de Aceros Inoxidables Específicos

Aceros Inoxidables Austeníticos

Poseen una gran resistencia a la corrosión y se endurecen por deformación plástica (endurecimiento por trabajo en frío), por lo que deben trabajarse en rangos de velocidades específicos. No endurecen por tratamiento térmico; los únicos aceros inoxidables que endurecen por tratamiento térmico son los martensíticos.

Elementos Presentes

• Carbono (C): <= 0,15%
• Cromo (Cr): [16-27]%
• Níquel (Ni): [8-31]% (aporta ductilidad y tenacidad incluso a muy baja temperatura, hasta -100 ºC)
• Molibdeno (Mo): [0-7]%

Características Principales

Son amamagnéticos en estado recocido (tratamiento de solubilización). Tienen una estructura cúbica centrada en las caras (estructura gamma) y presentan excelentes propiedades de tenacidad, ductilidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad. Son los más ampliamente conocidos y utilizados. No pueden endurecerse por tratamiento térmico, sino únicamente por deformación en frío o caliente, y poseen una gran estabilidad estructural.

Aplicaciones Comunes

Un ejemplo son los cuchillos con sierra, donde el corte se produce por la acción de la sierra y no por la dureza intrínseca del material.

Aceros Inoxidables Ferríticos

Elementos Presentes

• Carbono (C): [0,01-0,35]%
• Cromo (Cr): [16-28]%

Características Principales

Son magnéticos y tienen una estructura cúbica centrada en el cuerpo (estructura alfa). Presentan una buena o excelente resistencia a la corrosión, en función de su contenido de cromo, pero propiedades moderadas o mediocres de tenacidad, ductilidad y soldabilidad. No se endurecen por tratamientos térmicos, solo por deformación en frío o caliente. Son los más económicos, ya que el cromo es relativamente barato en comparación con el titanio o el niobio.

Etiquetas: aceros inoxidables, aleaciones metálicas, alta temperatura, ingeniería de materiales, metalurgia, resistencia corrosión, tipos de acero