Tipos de acero inoxidable y sus propiedades

Tipos de acero inoxidable

Características del acero inoxidable

Mediante la adición de cromo (Cr) al hierro (Fe), el hierro se vuelve inmune a la corrosión en la atmósfera. Cuando el contenido de Cr aumenta a 11 12% o más, la resistencia a la corrosión del acero se vuelve muy alta.

Por lo tanto, el acero con una cantidad tan alta de cromo se llama acero inoxidable, aquí “inoxidable” significa “libre de manchas de óxido”.

Por qué se agrega cromo al acero inoxidable

La razón por la que el acero inoxidable tiene buena resistencia a la corrosión es que el Cr en él se oxida en el aire y forma una capa protectora como una “película pasiva” en su superficie expuesta, como se muestra en la figura 1.

Dependiendo de las condiciones ambientales en las que se planea usar el acero inoxidable, el contenido de Cr aumenta y el Ni y otros elementos también se agregan al acero para obtener diferentes tipos de propiedades resistentes a la corrosión.

Sin embargo, dado que su resistencia a la corrosión se proporciona principalmente con Cr, el Cr es un elemento esencial para el acero inoxidable. Generalmente, los aceros inoxidables contienen un mínimo de 10,5% de Cr. El Manual de soldadura de AWS (Vol. 4) define los aceros inoxidables como “aceros aleados con un contenido nominal de Cr de al menos 11%, con o sin otras adiciones de aleación”.

El acero inoxidable es altamente resistente al calor y a la corrosión y, por lo tanto, su uso es versátil, desde productos domésticos hasta equipos químicos, petróleo y gas, aeroespacial, máquinas de procesamiento de alimentos, materiales arquitectónicos y equipos de energía nuclear, etc.

Por qué se agrega níquel al acero inoxidable

El níquel hace que los aceros inoxidables sean austeníticos y cuenta con las excelentes propiedades del grado austenítico, a saber, soldabilidad, conformabilidad y tenacidad, etc. La adición de níquel no es obligatoria en los aceros ferrita y austeníticos.

Varios tipos de acero inoxidable

El acero inoxidable se puede dividir en

  1. Cr acero inoxidable y
  2. Acero inoxidable Cr − Ni.

Estos dos grados se pueden clasificar según su estructura metalográfica, como se muestra en la Fig. 2. El acero inoxidable Cr se puede dividir en acero inoxidable martensítico y acero inoxidable ferrítico, y el acero inoxidable Cr − Ni se puede dividir en acero inoxidable austenítico, austenita− acero inoxidable de ferrita (acero inoxidable dúplex) y acero inoxidable endurecido por precipitación.

Acero inoxidable ferrítico

1. Acero inoxidable ferrítico: tiene una base de cromo con pequeñas cantidades de carbono, por lo general un máximo de 0.10%. Tienen una microestructura ferrítica similar a la de los aceros al carbono y de baja aleación. Los aceros inoxidables ferríticos tienen un uso limitado a secciones relativamente delgadas debido a la falta de tenacidad en las soldaduras. Sin embargo, donde no se requiere soldadura, ofrecen una amplia gama de aplicaciones. No se pueden endurecer mediante tratamiento térmico. Los aceros con alto contenido de cromo con adiciones de molibdeno se pueden utilizar en condiciones bastante agresivas como el agua de mar. Los aceros ferríticos también se eligen por su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. No son tan conformables como los aceros inoxidables austeníticos, pero son magnéticos. Los aceros inoxidables ferríticos junto con el acero inoxidable dúplex son propensos a la  fragilización de 885 ° F 475 ° C. En comparación con el acero inoxidable martensítico, su resistencia a la corrosión es mejor e incluso resistente al ácido nítrico (HNO3) debido a que su contenido de Cr es mayor.

     La Tabla 1 muestra los grados típicos de acero inoxidable ferrítico.

Acero inoxidable austenitico

2. Acero inoxidable austenítico: los aceros son los más comunes. Su microestructura estable se obtiene mediante la adición de níquel, manganeso y nitrógeno. Es la misma estructura que ocurre en los aceros ordinarios a temperaturas mucho más altas, es decir, por encima de la temperatura de transformación más baja. Esta estructura confiere a estos aceros su combinación característica de soldabilidad y conformabilidad. Continúe leyendo este artículo para obtener información detallada sobre los aceros inoxidables austeníticos. El grado más común de acero inoxidable austenítico es SS304 o AISI 304 (18% Cr-8% Ni). SS316 o AISI 316 (18% Cr-12% Ni-2% Mo) ofrece una mejor resistencia a la corrosión, que también se utiliza ampliamente.

Como el acero inoxidable austenítico ofrece buena resistencia a la corrosión, trabajabilidad, propiedades mecánicas y soldabilidad, se usa ampliamente para la fabricación de tanques de almacenamiento, intercambiadores de calor, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, utensilios de cocina, bañeras, fregaderos, etc.

La Tabla II muestra los grados típicos de acero inoxidable austenítico.

Acero inoxidable martensítico

3. Acero inoxidable martensítico: estos aceros son similares a los aceros ferríticos que tienen un elemento de aleación primario como el cromo, pero tienen un alto contenido de carbono de hasta el 1% para adaptarse a diversas propiedades metalúrgicas. Esto permite que el acero inoxidable martensítico sea endurecido y revenido de manera muy similar a los aceros al carbono y de baja aleación. Se utilizan cuando se requiere una alta resistencia y una resistencia moderada a la corrosión. Generalmente tienen baja capacidad de soldadura y conformabilidad. Son de naturaleza magnética y pueden diferenciarse del acero inoxidable austenítico con esta propiedad.

Un grado típico de acero inoxidable martensítico es SS410 (AISI 410) (consulte la Tabla 3). Contiene 13% de Cr y su estructura metalográfica es martensítica a temperatura ambiente que es dura y quebradiza. Aunque se pueden obtener buenas propiedades mecánicas con este grado de acero mediante un tratamiento térmico apropiado (revenido), se considera que es inferior a otros grados de acero inoxidable en cuanto a resistencia a la corrosión debido a que su contenido de Cr es bajo.

Los usos del acero inoxidable martensítico son para álabes, válvulas y ejes de turbinas que requieren alta resistencia y resistencia a la abrasión y al calor.

Acero inoxidable dúplex

4. Acero inoxidable dúplex : estos aceros tienen una microestructura que es aproximadamente 50% ferrítica y 50% austenítica, lo que les da una mayor resistencia que los aceros ferríticos o austeníticos. Son resistentes al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Los aceros “esbeltos dúplex” están formulados para tener una resistencia a la corrosión comparable a los aceros austeníticos estándar, pero con mayor fuerza y ​​resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Los aceros Super Duplex tienen mayor fuerza y ​​resistencia a todas las formas de corrosión en comparación con los aceros austeníticos estándar. Son soldables pero necesitan cuidado en la selección de los consumibles de soldadura y el aporte de calor. Tienen formabilidad moderada. Son magnéticos pero no tanto como los grados ferrítico, martensítico y PH debido a la fase austenítica al 50%.

Endurecimiento por precipitación (PH) Acero inoxidable

5. Acero inoxidable endurecido por precipitación (PH) : estos aceros pueden desarrollar una resistencia muy alta al agregar elementos como cobre, niobio y aluminio al acero. Después de un tratamiento térmico de “envejecimiento” adecuado, se forman partículas muy finas en la matriz del acero que confiere resistencia a la aleación. Estos aceros se pueden mecanizar en formas bastante intrincadas que requieren buenas tolerancias antes del tratamiento de envejecimiento final, ya que hay una distorsión mínima del tratamiento final que los hace adecuados para material de eje para aeroespacial, petróleo y gas, etc. La resistencia a la corrosión del PH es comparable a los aceros austeníticos estándar como 1.4301 (SS304).

Propiedades físicas del acero inoxidable

La Tabla 6 muestra una comparación de las propiedades físicas entre el acero inoxidable y el acero al carbono.

Se requiere precaución al soldar aceros inoxidables, ya que existen grandes diferencias en las propiedades físicas entre el acero inoxidable y el acero al carbono, lo que afecta la soldabilidad directa o indirectamente.

Por ejemplo, aunque el coeficiente de expansión térmica del acero inoxidable martensítico y ferrítico es casi el mismo que el del acero al carbono, el del acero inoxidable austenítico es 1,5 veces mayor que el del acero al carbono. Esto indica que la deformación y la deformación se vuelven considerablemente mayores en la soldadura de acero inoxidable austenítico que en la soldadura de acero al carbono.

Además, si una junta de soldadura que consta de acero inoxidable austenítico y acero al carbono se somete a ciclos térmicos, surgen tensiones térmicas debido a la diferencia del coeficiente de expansión térmica entre los dos materiales. Por lo tanto, es un problema utilizar una junta de soldadura de metales diferentes, incluido el acero inoxidable austenítico, en un entorno donde la temperatura cambia cíclicamente.

Aún más, como la resistencia eléctrica del acero inoxidable es mucho mayor que la del acero al carbono, la quema de electrodos tiende a ocurrir con electrodos cubiertos de acero inoxidable en la soldadura por arco de metal blindado. Por lo tanto, las corrientes de soldadura adecuadas son más bajas que las de los electrodos de acero al carbono.

Los aceros inoxidables martensíticos y ferríticos son ferromagnéticos, mientras que los aceros inoxidables austeníticos son normalmente no magnéticos.

Sin embargo, hay muchos casos en los que el metal de soldadura de acero inoxidable austenítico está diseñado para contener alguna estructura ferrítica; en tales casos, posee cierto grado de magnetismo.

La existencia o no existencia de magnetismo es útil para un juicio aproximado del grado de acero en relación con el procedimiento de soldadura. Por ejemplo, el precalentamiento no se aplica al acero inoxidable no magnético, pero el precalentamiento es efectivo en el acero inoxidable magnético en muchos casos.